DE3912339C2 - Durch schaltbare Kupplungen herstellbare bzw. trennbare Verbindung zwischen einem Antriebsaggregat, einem Schwungrad und einem Antriebsstrang mit Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine durch schaltbare Kupplung herstellbare bzw. trennbare Verbindung zwischen einem stufenlosen Getriebe, insbesondere hydrostatisch-mechanischem Leistungsverzweigungsgetriebe, an dem eingangsseitig - gegebenenfalls über eine schaltbare Kupplung an- und abkuppelbar - ein Antriebsaggregat und ausgangsseitig ein Achsantriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angeschlossen ist, und einem Schwungrad, das beim Bremsen die am Achsantriebsstrang anfallende Bremsenergie umwandelt, speichert und über das Getriebe wieder an den Achsantriebsstrang abgeben kann.

Die Erfindung geht aus von folgendem Stand der Technik:

• 1) DE-Z nahverkehrspraxis Nr. 8/1986, Seiten 316, 317 - Glasfaser-Schwungrad als Energiespeicher -
• 2) DE-PS 6 52 629.

Aus 1) ist ein Schwungrad bekannt, bestehend aus Nabenscheiben aus glasfaser-verstärktem Kunststoff und einem Schwungradkranz aus Glas- und Aramidfasern, die in eine von den Nabenscheiben getragene Epoxidharz-Matrix eingearbeitet sind. Solche Schwungräder sind zwar vergleichsweise leicht, aber relativ teuer in der Herstellung. Außerdem sind diese Schwungräder aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Masse nur für die Aufnahme einer begrenzten Schwungenergie geeignet, die - vertretbare Größenverhältnisse vorausgesetzt - nicht für eine optimale Bremsenergierückgewinnung ausreicht. Darüber hinaus ist einem solchen Schwungrad, das wohl als nicht selbst berstsicher gelten kann, ein Schutzgehäuse zugeordnet, das mit Kevlar ausgekleidet ist. Dieses Schutzgehäuse ist in einem evakuierten Außengehäuse untergebracht und dient dem Zweck, das Schwungrad, sobald dieses seine maximal zulässige Drehzahl überschreitet und sich die Nabe mit der Folge, daß der Radkranz in Reibverbindung mit der Gehäuseauskleidung kommt, ausdehnt, abzubremsen. Je nachdem, wie groß die Überdrehzahl ist, kann dies zu einer starken Erwärmung und schlimmstenfalls zur Zerstörung des Schutzgehäuses führen.

Aus 2) ist eine Energiespeicheranlage in einem Fahrzeug bekannt, bestehend aus einer über eine hydraulische Schlupfkupplung zu- und abschaltbaren Schwungmasse. Diese besteht aus zwei konzentrischen Rotoren, die zwischen sich die Kupplung aufnehmen. Dabei ist der eine Rotor selbst mit Kupplungsorganen, nämlich Rotorschlaufen ausgestattet, während die gegenüberliegenden Rotorschaufeln an einem mit einem Getriebe verbundenen Kupplungsgegenstück angeordnet sind. Beide Rotoren sind axial relativ zu einander bewegbar und querstehend angeordnet, wobei der untere eine ölgefüllte Schale aufweist, aus der als Öl unter der Einwirkung der Fliehkraft in einen Querspalt herausgeschleudert und dann schlupfmindernd wirksam wird, dies um so mehr, je stärker beide Rotoren aufeinanderzu bewegt werden.

Diese Lösung ist nur begrenzt tauglich und in modernen Fahrzeugen so nicht verwendbar. Zum einen, weil die Schwungmasse nur sehr begrenzte Drehzahlen zuläßt, bei Überdrehzahlen nicht berstsicher bzw. bruchgeschützt ist und auch nur in horizontaler Lage einsatzfähig ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einer Einrichtung der gattungsgemäßen Art eine gegen Überdrehzahlen und Lagerprobleme gesicherte Anordnung eines auch selbst möglichst berstsicher ausgeführten Schwungrades, verbunden mit einer möglichst raumsparenden Ausbildung und Anordnung notwendiger Kupplung(en), zu schaffen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination gelöst.

Dabei wird nach dem erfindungsgemäßen Merkmal a) ein selbst berstsicher ausgeführtes Schwungrad bereitgestellt, das aus einer speziellen Nabe mit aufgeschrumpftem Stahl-Außenring besteht, der die eigentliche Schwungmasse bildet. Die Berstsicherheit des Schwungrades wird einerseits durch die Material-Kombination von Nabe und Außenring, andrerseits dadurch erreicht, daß die Durchmesser der Innendurchgangsbohrung im Außenring und der Außenfläche an der Nabe bei der Fertigung dieser Teile maßseitig derart aufeinander abgestimmt werden, daß sich im aufgeschrumpften Stahl-Außenring eine Vorspannung einstellt bzw. herrscht, die immer größer als die bei maximaler Drehzahl des Schwungrades durch die auftretenden Fliehkräfte verursachte, entgegengerichtete Spannung ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich die Nabe aufgrund des verwendeten hochfestem, hochdichtem Materials für Grundkörper bzw. Außenteil, z. B. Keramik, wie Zirkonoxid, bzw. Metallkeramik, nur relativ wenig ausdehnt.

Auf diese Weise ist für den zulässigen Drehzahlbereich des Schwungrades dessen Berstsicherheit mit hohem Sicherheitsfaktor erreicht.

Das erfindungsgemäße Merkmal b) setzt zwar eine etwas aufwendigere Gestaltung des Schwungrades bzw. dessen Lagerung im Vergleich zu bekannten Lösungen voraus, jedoch ergibt sich durch den Wegfall zumindest einer außerhalb des Schwungrad-Gehäuses angeordneter Kupplung im Vergleich zu bisherigen Lösungen eine kompaktere Bauweise eines Gesamtaggregates, bestehend aus Antriebsaggregat, Schwungrad mit Gehäuse und Getriebe. Eine solche Kompaktheit war bisher noch nie erreicht worden.

Durch das Vorsehen der Sicherheitseinrichtungen gemäß dem erfindungsgemäßen Merkmal c) wird sichergestellt, daß zum Beispiel bei einem etwaigen Fressen der Lager des Schwungrades größere Schäden sicher vermeidbar sind. Die Sicherheitsbuchsen und die Maßnahmen zu deren verdrehsicherer Anordnung sowie Schaffung der Sollbruchquerschnitte fallen kostenmäßig nahezu überhaupt nicht ins Gewicht, relativieren aber wegen ihrer großen Sicherheitsfunktion und verhinderbarer Schadenskosten diese Kosten ohnehin als bedeutungslos.

Grundsätzlich übernehmen die Fangorgane im Bedarfsfall eine Ersatzlagerfunktion, so daß nachteilige Folgeschäden in einem solchen Fall im Umfeld des Schwungrades praktisch ausgeschlossen sind.

Durch das Vorsehen einer Fangtrommel bzw. von Fanghülsen ist sicher gewährleistet, daß das Schwungrad bei zu starker radialer Ausdehnung abgebremst wird, d. h., eine zu der besagten Aufweitung des Schwungrades führenden Grenzdrehzahl nicht überschritten werden kann.

Durch dem Schwungrad stirnseitig zugeordnete Fangscheiben können sich beispielsweise infolge von Lagerdefekten auftretende Taumelbewegungen des Schwungrades nicht negativ auswirken, weil die Amplituden der seitlichen Ausschläge durch die Fangscheiben begrenzt werden.

Somit sind mit der erfindungsgemäßen Merkmalskombination alle aufgabengemäßen Forderungen in optimaler Weise erfüllt.

Vorteilhafte Einzelheiten bzw. Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung beispielhaft an­ hand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1, 2 und 3 weitgehend schematisiert je einen Schnitt durch ein Schwungrad,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Be­ reich der Lagerung des Schwungrades, und

Fig. 5, 6, 7 und 8 je einen weitgehend schematisierten Schnitt durch ein Schwungrad mit verschie­ denen Ausführungsformen von Fangorganen für das Schwungrad.

Das Schwungrad 1 ist in den dargestellten Anwendungsfällen mittels einer Kupplung K1 mit einem Antriebsaggregat 2 und mittels einer Kupplung K2 mit einem Abtriebsstrang 3 in bzw. außer Wirkverbindung bringbar. Die Anschlußwelle zwischen Antriebsaggregat 2 und Kupplung K1 ist mit 4, die Anschluß­ welle zwischen Kupplung K2 und Abtriebsstrang 3 ist mit 5 bezeichnet. Beide Anschlußwellen 4, 5 fluchten axial zueinander.

Bei dem Antriebsaggregat 2 kann es sich um eine Brennkraft­ maschine oder/und einen Elektromotor handeln. Das Antriebs­ aggregat 2 kann die Antriebsquelle eines Kraftfahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges, wie Lastkraftwagen, Omnibus, oder eines anderen anzutreibenden Gerätes sein.

Bei dem zugehörigen Abtriebsstrang 3 handelt es sich um ein stufenloses Getriebe, insbesondere stufenloses hydrostatisch- mechanisches Leistungsverzweigungsgetriebe mit Planetendif­ ferential 3/1 und zwei Hydrostatmaschinen 3/2, 3/3 und einen am Planetendifferential 3/1 angeschlossenen Achsantriebs­ strang 3/4.

Das Schwungrad 1 bildet in Verbindung mit dem hydrostatisch- mechanischen Leistungsverzweigungsgetriebe 3/1, 3/2, 3/3 ei­ nen Gyrospeicher als Teil einer Bremsenergierückgewinnungs­ einrichtung. Dabei wird beim Bremsen die am Achsantriebs­ strang 3/4 anfallende kinetische Energie via Leistungsver­ zweigungsgetriebe 3/1, 3/2, 3/3 (bei abgekuppeltem Antriebs­ aggregat) in das Schwungrad 1 unter Drehzahlerhöhung desselben eingespeichert. Diese abgespeicherte Energie kann anschlie­ ßend, z. B. zum Anfahren und Beschleunigen des Fahrzeugs, He­ ben von Lasten und dergleichen, vom Schwungrad 1 wieder über das Getriebe 3/1, 3/2, 3/3 an den Achsantriebsstrang 3/4 ab­ gegeben werden.

In den Anwendungsfällen gemäß Fig. 1 bis 8 ist das Schwung­ rad 1 in ein Gehäuse 6 eingebaut, das von zwei Seitenwänden 7, 8 und einer Querwand 9 mit kreisringzylindrischer, koaxial zu den Anschlußwellen 4, 5 angeordneter Innenfläche 9/1 be­ grenzt ist. An jeder Seitenwand 7, 8 ist ein Lagerauge 10, 11 gegeben, in dem zur Lagerung des Schwungrades 1 je ein von einer Sicherheitsbuchse 14, 15 umgebendes Kugel- oder Rollenlager 12, 13 eingebaut ist.

Jedes Kugel- bzw. Rollenlager 12, 13 sitzt im dargestellten Anwendungsfall fest montiert auf einem Ansatzzapfen 16, 17 einer ansonsten etwa topfförmigen Lagerbuchse 18, 19, in de­ ren Innenraum sich jeweils eine Anschlußwelle 4 bzw. 5 hin­ einerstreckt sowie die Schalt- und Kupplungsorgane einer der Kupplungen K1 bzw. K2 untergebracht sind. Beide Lagerbuchsen 18, 19 bilden somit auch gleichzeitig Gehäuse der Kupplungen K1, K2, sind durch Drehen und/oder Schleifen aus hochfestem Material, insbesondere Stahlmaterial, hergestellt und werden vereinigt mit den bereits in sie eingebauten Schalt- und Kupplungsorganen der Kupplung K1 bzw. K2 und der Anschluß­ welle 4 bzw. 5 in jeweils eine koaxial in der Nabe 22 des Schwungrades 1 gegebene Aufnahmebohrung 20 bzw. 21 mit Fest­ sitz eingebaut. Die Nabe 22 weist eine die beiden Aufnahme­ bohrungen 20, 21 voneinander trennende Mittelwand 23 auf, an deren parallel und senkrecht zur Rotationsachse sich er­ streckenden Seitenwänden 24 bzw. 25 die beiden Lagerbuchsen 18 bzw. 19 in Einbaulage axial abgestützt sind. In der zen­ tralen Durchgangsbohrung 26 der Mittelwand 23 sind direkt oder in dort eingesetzten Lagern die beiden Anschlußwellen 4, 5 mit ihren inneren Enden gelagert.

Die Kupplungen K1, K2 müssen jedoch nicht notwendigerweise beide innerhalb des Schwungrades 1 untergebracht sein.

Es genügt der Aufgabenstellung vielmehr bereits eine Lösung, bei der die Kupplung K2 zumindest teilweise innerhalb des hierfür vorbereiteten Schwungrades 1 untergebracht ist. Bes­ ser ist jedoch die vollständige Unterbringung der Kupplung K2 innerhalb des Schwungrades 1. Die Kupplung K1 kann außer­ halb des Schwungrades und dessen Lagern 12, 13 oder gar außer­ halb des Gehäuses 6 angeordnet sein.

Die Nabe 22 des Schwungrades 1 kann - wie in Fig. 1 gezeigt - einstückig aus einem vergleichsweise leichten, aber hochfe­ sten, hochdichten Material, insbesondere Keramik, wie Zir­ konoxid, bzw. Metallkeramik hergestellt sein und hat dann - gegebenenfalls nach einem zusätzlichen Schleifvorgang - eine exakt zur Rotationsachse rundlaufende rotationszylindrische Außenfläche 27.

Alternativ hierzu - siehe Fig. 2 und 5 - kann an der Nabe 22 des Schwungrades 1 eine exakt zu dessen Rotationsachse rund­ laufende, rotationszylindrische Außenfläche 27 durch Über­ schleifen bzw. Überdrehen einer Metallschicht 28 hergestellt werden, welche auf den vorher einstückig aus Keramik, wie Zir­ konoxid, bzw. Metallkeramik hergestellten Grundkörper 22/1 in geeignetem Verfahren aufgebracht wurde.

In weiterer Alternative hierzu kann die Nabe 22 des Schwung­ rades 1 auch aus mehreren vorgefertigten Einzelteilen zu­ sammengesetzt sein. Wie aus Fig. 3, 6, 7 und 8 ersichtlich, können dabei zunächst zwei Einzelteile 22/2 und 22/3 ge­ schaffen werden. Das innere Teil 22/2 kann aus geeignetem Metallmaterial, insbesondere Stahlmaterial, hergestellt sein. Vorzugsweise werden jedoch beide Einzelteile 22/2, 22/3 zunächst aus Keramik, wie Zirkonoxid, bzw. Metallkeramik jeweils einstückig hergestellt und dann jeweils mit einer Metallschicht 29 bzw. 30 versehen. Danach wird die Metall­ schicht 30 am inneren Teil 22/2, gegebenenfalls auch die Durchgangs­ bohrung im äußeren Teil 22/3, mechanisch, z. B. durch Überschleifen bzw. Honen, nachbehandelt. Anschließend werden die Teile 22/2 und 22/3 im Bereich der Metallschicht 30 über diese fest miteinander in Verbindung gebracht. Dann wird dieses so vereinigte Teil an der Außenseite der am äußeren Teil 22/3 gegebenen Metallschicht 29 nach­ bearbeitet, z. B. durch Überschleifen, derart, daß sich an der dann fertigen Nabe 22 die zur Rotationsachse rund­ laufende rotationszylindrische Außenfläche 27 ergibt.

Auf diese so vorgefertigte Nabe 22 wird als eigentliche Schwungmasse ein massiver Außenring 31 aus einer hochfesten, zähen Metallegierung, insbesondere Stahllegierung, aufge­ schrumpft, und zwar in spezieller Weise, welche eine hohe Garantie gegen Bersten des Schwungrades 1 gibt. Dabei werden die Durchmesser der Innendurchgangsbohrung 32 im Außenring 31 und der Außenfläche 27 an der Nabe 22 bei der Fertigung die­ ser Teile maßseitig so aufeinander abgestimmt, daß sich nach dem Aufschrumpfen des Außenringes 31, also nach dessen Er­ wärmung und dadurch bedingter Ausdehnung, anschließendem Aufziehen auf die Nabe 22 und anschließendem Erkalten mit dadurch bedingtem Zusammenziehen, im Außenring 31 bei norma­ len Betriebstemperaturverhältnissen eine Vorspannung ein­ stellt, die geringfügig größer als die bei maximaler Dreh­ zahl des Schwungrades 1 durch die auftretenden Fliehkräfte verursachte, entgegengerichtete Spannung ist. Eine Auflösung des Schrumpfverbandes ist daher unter normalen Betriebsum­ ständen unmöglich. Zuletzt wird das Schwungrad 1 an seiner Außenseite 31/1 für exakten Rundlauf überdreht bzw. überschliffen.

Um zu vermeiden, daß beim Auftreten normalerweise nicht ent­ stehender überhöhter Drehzahlen, z. B. bei Versagen bestimm­ ter Regelfunktionen im Antriebssystem, das Schwungrad 1 bleibende Schäden erfährt, sind dem Schwungrad 1 diesbezüg­ lich ausgerichtete Teile einer Sicherheitseinrichtung zugeordnet.

In den Fällen gemäß Fig. 1 bis 3 und 6 handelt es sich dabei um eine formstabile kreisringzylindrische Fangtrommel 33. Diese ist an ihrer Außen- und Innenfläche gegebenenfalls mit gleit­ fähigem Kunststoff, z. B. PTFE, beschichtet, ferner mit leichter Friktion in das Gehäuse 6, dort an der kreiszylin­ drischen Innenseite 9/1 der Querwand 9 anliegend eingepaßt und umgibt mit ihrer kreiszylindrischen Innenfläche 33/3 bei in Normalzustand befindlichem Schwungrad 1 dieses außen mit geringem Abstand (Größenordnung Zehntelmillimeter). Sobald sich das Schwungrad 1 zu stark radial ausdehnt, kommt es an der Fangtrommel 33 zur Anlage und wird abgebremst, wobei ge­ gebenenfalls die Friktion der Fangtrommel 33 im Gehäuse 6 überwunden und diese in Rotation versetzt wird. In jedem Fall wird so ein Zubruchgehen des Schwungrades 1 wirksam vermieden.

Alternativ zur Fangtrommel 33 können als Fangorgane auch zwei kreisringzylindrische Fanghülsen 33/1, 33/2 vorgesehen sein. Diese Fanghülsen 33/1, 33/2 sind - wie aus den Fig. 5 und 7 ersichtlich - axial fixiert, aber drehbar mit leich­ ter Friktion in der kreiszylindrischen Innenfläche 9/1 der Gehäuse-Querwand 9 aufgenommen. Auch diese Fanghülsen 33/1, 33/2 sind an ihrer Außen- und Innenfläche gegebenenfalls mit gleitfähigem Kunststoff, z. B. PTFE, beschichtet. In Einbau­ lage sind diese Fanghülsen 33/1, 33/2 mit ihrer kreiszylin­ drischen Innenfläche 33/4, 33/5 um ein solch geringes Maß (Größenordnung Zehntel Millimeter) von der Außenfläche 31/1 des Schwungrades 1 beabstandet, daß das Schwungrad 1 bei zu starker radialer Ausdehnung an den Fanghülsen 33/1, 33/2 zur Anlage kommt und von diesen abgebremst wird. Dabei können die Friktionen der Fanghülsen 33/1, 33/2 im Gehäuse 9 überwunden und diese in Rotation versetzt werden.

Zwecks Vermeidung schädlicher Auswirkungen bei Dezentrierung bzw. anderen Laufanomalien des Schwungrades 1 sind als weitere Teile der Sicherheitseinrichtung ringförmige Fangscheiben 46, 47 vorgesehen. Diese sind innen an den Sei­ tenwänden 7, 8 des Gehäuses 6 fixiert abgestützt und nehmen zwischen ihren einander zugewandten Innenflächen 46/1, 47/1 das Schwungrad 1 auf. Dabei sind die besagten Innenflächen 46/1, 47/1 von den zugewandten Stirnflächen 1/1 bzw. 1/2 am Schwungrad 1 um ein solch geringes Maß beabstandet (Größen­ ordnung Zehntel Millimeter), daß bei einer Dezentrierung bzw. Laufanomalie, beispielsweise Taumelbewegung des Schwung­ rades 1 dieses seitlich abgestützt abfangbar ist. Durch das Vorsehen der seitlichen Fangscheiben 46, 47 wird somit die Amplitude eines etwaigen seitlichen Ausschlages des Schwungrades 1 begrenzt.

Die beiden Fangscheiben 46, 47 können, wie aus Fig. 6 er­ sichtlich, an den beiden Stirnseiten der Fangtrommel 33, oder, wie aus Fig. 7 ersichtlich, an jeweils einer Stirnsei­ te einer der beiden Fanghülsen 33/1, 33/2 angeordnet sein. Die beiden Fangscheiben 46, 47 können jedoch jeweils auch, wie aus Fig. 8 ersichtlich, mit jeweils einer der beiden Fanghülsen 33/1 bzw. 33/2 zu einem einstückig herstellbaren Bauteil vereinigt sein.

Zwecks Reduzierung der Reibung ist das Gehäuse 6 mit inertem Gas, insbesondere Helium gefüllt. In diesem Fall müssen die radial und stirnseitig an der Peripherie des Schwungrades 1 im Gehäuse begrenzten Räume 48, 49, 50 - wie aus den Fig. 5, 7 und 8 ersichtlich - über Verbindungskanäle 51, die die Fanghülsen 33/1, 33/2 und Fangscheiben 46, 47 durchdringen, oder alternativ außerhalb des Gehäuses 6 verlegte Verbin­ dungsleitungen 52 miteinander in Kommunikation stehen, um einem Temperaturausgleich zwischen den sich in den Räumen 48, 49, 50 unterschiedlich erwärmenden Gasen zu ermöglichen.

Weitere Unsicherheitsstellen im Bereich der Lagerung des Schwungrades 1 sind die Rollen- bzw. Gleitlager 12, 13. Die­ se könnten heißlaufen, beispielsweise wegen Ölmangels oder abgenützter bzw. beschädigter Kugeln bzw. Rollen, und schlimmstenfalls fressen bzw. blockieren. Um Folgeschäden in einem solchen Fall zu vermeiden, sind als weitere Teile der Sicherheitseinrichtung die bereits weiter vorn erwähnten Sicherheitsbuchsen 14 bzw. 15 vorgesehen. Diese Sicherheits­ buchsen 14 bzw. 15 bestehen entweder ganz aus gleitfähigem Kunststoff, z. B. PTFE, oder sind nur PTFE-beschichtet. Diese Sicherheitsbuchsen 14 bzw. 15 sind mit Friktion - wie aus Fig. 4 detailliert ersichtlich - in die Aufnahmebohrungen 10/1 bzw. 11/1 der Lageraugen 10, 11 eingesetzt, zusätzlich aber auch gegen Verdrehung gesichert und weisen außerhalb des eigentlichen Tragbereiches Sollbruchstellen auf. Zur Verdrehsicherung sind im Boden 35, 36 des jeweiligen Lager­ auges 10 bzw. 11 beispielsweise Löcher 34 vorgesehen, in die eine Sicherheitsbuchse 14 bzw. 15 in Einbaulage mit stirnseitig an ihr gegebenen fingerförmigen Versprüngen 37 eingreift. Diese Vorsprünge 37 bilden gleichzeitig auch die Sollbruchstellen, d. h., der Gesamtquerschnitt der Vorsprün­ ge 37 in der Abscherebene ist so bemessen, daß bei einer be­ stimmten, in Umfangsrichtung außen am jeweiligen Lager 12 bzw. 13 wirkenden und ein Indiz für das Fessen des letzteren darstellenden Tangentialkraft die Vorsprünge 37 abgeschert werden und dann die Lagerung des Schwungrades 1 im Bereich des gefressenen Lagers 12 bzw. 13 von der in Rotation ver­ setzten und als Ersatzlager fungierenden Sicherheitsbuchse 14 bzw. 15 übernommen wird. Das Fressen eines Lagers 12 bzw. 13 kann auch durch Meßfühler, z. B. Temperatursensoren, erfaßt und an Steuereinrichtungen zum Abschalten des Schwungradan­ triebes (Betätigung von K1 bzw. K2) weitergeleitet werden.

Das Zu- und Abschalten des Schwungrades 1 vom bzw. zum An­ triebsaggregat 2 bzw. Abtriebsstrang 3 erfolgt durch die in vorteilhafter Weise innerhalb des Schwungrades 1 selbst un­ tergebrachten Kupplungen K1, K2 durch hydraulische Betäti­ gung bzw. Entlastung von Schalt- bzw. Kupplungsorganen 38, 39 über intern der jeweiligen Lagerbuchse 18 bzw. 19 be­ grenzte Druckräume 40, 41 und gegebene Druckmittelkanäle 42, 43, die an äußere Druckmittelversorgungs- bzw. Druckentla­ stungsorgane 44, 45 angeschlossen sind.

Insgesamt gesehen ist somit ein berstsicheres, kompaktes, gut gelagertes, in Notfällen sicher abfangbares sowie auf baulich günstige und platzsparende Weise mit einem Antriebs­ aggregat bzw. Abtriebsstrang kuppel- bzw. entkuppelbares Schwungrad geschaffen.

Claims (21)

1. Durch schaltbare Kupplung (K2) herstellbare bzw. trennbare Verbindung zwischen einem stufenlosen Getriebe, insbesondere hydrostatisch-mechanischem Leistungsverzweigungsgetriebe (3/1, 3/2, 3/3), an dem eingangsseitig - gegebenenfalls über eine schaltbare Kupplung (K1) an- und abkuppelbar - ein Antriebsaggregat (2) und ausgangsseitig ein Achsantriebsstrang (3/4), insbesondere eines Kraftfahrzeuges angeschlossen ist, und einem Schwungrad (1), das beim Bremsen die am Achsantriebsstrang (3/4) anfallende Bremsenergie umwandelt, speichert und über das Getriebe wieder an den Achsantriebsstrang abgeben kann, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) das Schwungrad (1) ist berstsicher ausgeführt und besteht aus einer ein- oder mehrteiligen Nabe (22), deren Grundkörper (22/1) bzw. - bei Mehrteiligkeit - zumindest deren äußerer Teil (22/3) einstückig aus vergleichsweise leichtem, aber hochfestem und hochdichtem Material, insbesondere Keramik, wie Zirkonoxid, bzw. Metallkeramik hergestellt ist, und einem auf die Nabe (22) aufgeschrumpften, die Schwungmasse bildenden Außenring (31) aus Stahlmaterial, wobei die Durchmesser der Innendurchgangsbohrung (32) im Stahl-Außenring (31) und der Außenfläche (27) an der Nabe (22) bei der Fertigung maßseitig derart aufeinander abgestimmt werden, daß sich im aufgeschrumpften Stahl-Außenring (31) eine Vorspannung einstellt, die immer größer als die auch bei maximaler Drehzahl des Schwungrades (1) durch die auftretenden Fliehkräfte verursachte, entgegengerichtete Spannung ist,
• b) zumindest die Kupplung (K2) ist zumindest teilweise innerhalb des hierfür vorbereiteten Schwungrades (1) untergebracht,
• c) dem Schwungrad (1) sind Sicherheitseinrichtungen zugeordnet, die bei einer Dezentrierung des Schwungrades (1) bzw. anderen Laufanomalien des letzteren wirksam werden und durch an exponierten Gehäuse- und/oder Lagerstellen angeordnete ringförmige Fangorgane (14, 15, 33, 33/1, 33/2, 46, 47) gebildet sind, die bei Notwendigkeit als Ersatzlager wirkend das Schwungrad (1) gleitend, gegebenenfalls bis zum Stillstand, abstützen können.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Nabe (22) des Schwungrades (1) eine am Ende ihrer Herstellung durch einen Schleifvorgang erzeugte, exakt zur Rotationsachse rundlaufende Außenfläche (27) gegeben ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt der Nabe (22) des Schwungrades (1) zunächst ein Grundkörper (22/1) einstückig aus besagtem, vergleichsweise leichtem, aber hochfestem, hochdichtem Material, insbesondere Keramik, wie Zirkonoxid, bzw. Metallkeramik, her­ gestellt und dann auf diesen Grundkörper (22/1) radial außen eine Metall­ schicht (28) aufgebracht wird, an der zuletzt die zur Rotationsachse exakt rundlaufende Außenfläche (27) durch Überschleifen bzw. Überdrehen erzeugt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Nabe (22) des Schwungrades (1) aus zwei fest miteinander verbundenen Einzelteilen (22/2, 22/3) besteht, der äußere Teil (22/3) zunächst einstückig aus besagtem, vergleichsweise leichtem, aber hochfestem, hochdichtem Material, insbesondere Keramik, wie Zirkonoxid, bzw. Metallkeramik hergestellt, dann mit einer radial äußeren Metallschicht (29) versehen, gegebenenfalls an seiner Innendurchgangsbohrung durch Überschleifen bzw. Honen nachbehandelt und anschließend mit dem vorgefertigten inneren Teil (22/2) in feste Verbindung gebracht wird, und daß dieses so vorgefertigte Teil an der Außenseite der Metallschicht (29) zum Erhalt einer zur Rotationsachse exakt rundlaufenden Außenfläche (27) durch Überschleifen bzw. Überdrehen nachbearbeitet wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgefertigte innere Teil (22/2) der zweiteiligen Nabe (22) aus Metall, insbesondere Stahlmaterial besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgefertigte innere Teil (22/2) der zweiteiligen Nabe (22) aus einem aus besagtem vergleichsweise leichtem, aber hochfestem, hochdichtem Material, insbesondere Keramik, wie Zirkonoxid, bzw. Metallkeramik hergestellten einstückigen Grundkörper besteht, an dem radial außen eine Metallschicht aufgebracht und diese mechanisch nachbearbeitet auf einen für die feste Verbindung mit dem äußeren Naben-Teil (22/3) geeigneten Außendurchmesser gebracht ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (1) über zwei koaxiale Lagerbuchsen (18, 19), die in eine entsprechende Aufnahmebohrung (20, 21) in der Nabe (22) eingesetzt sind und auf äußeren Ansatzzapfen (16, 17) die Kugel- bzw. Rollenlager (12, 13) tragen, in einem Gehäuse (6), dort in die Lager (12, 13) außen umgreifenden Lageraugen (10, 11), gelagert ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Kugel- bzw. Rollenlager (12 bzw. 13) und Aufnahmebohrung (10/1 bzw. 11/1) des zugehörigen Lagerauges (10 bzw. 11) als Teil der dem Schwungrad (1) zugeordneten Sicherheitseinrichtung eine Sicherheitsbuchse (14 bzw. 15) angeordnet ist, die - innen und außen jeweils in Anlagekontakt - entweder ganz aus gleitfähigem Kunststoff PTFE oder PTFE-beschichtet und mit leichter Friktion in die jeweilige Aufnahmebohrung (10/1 bzw. 11/1) eingesetzt, zusätzlich aber gegen Verdrehung gesichert sind und außerhalb des eigentlichen Tragbereiches Sollbruchstellen aufweisen.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdrehsicherung der Sicherheitsbuchsen (14 bzw. 15) stirnseitig an letzteren fingerförmige Vorsprünge (37) gegeben sind, die in Löcher (34) im Boden (35) des jeweiligen Lagerauges (10 bzw. 11) eingreifen, und daß die fingerförmigen Vorsprünge (37) gleichzeitig die Sollbruchstellen bilden, dergestalt, daß deren Gesamtquerschnitt in der Abscherebene so bemessen ist, daß bei einer bestimmten, in Umfangsrichtung am Schwungrad-Lager (12 bzw. 13) wirkenden und ein Indiz für das Fressen des letzteren darstellenden Tangentialkraft die Vorsprünge (37) abgeschert werden und dann die Schwungradlagerung im Bereich des gefressenen Lagers (12 bzw. 13) von der in Rotation versetzten Sicherheitsbuchse (14 bzw. 15) übernommen wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (K2) samt Schalt- und Betätigungsmitteln vollständig im Schwungrad (1) untergebracht ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (1) auch zur Aufnahme einer zweiten Kupplung (K1) ausgebildet ist, mit der die Verbindung zu dem Antriebsaggregat (2) herstellbar bzw. trennbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 7 sowie einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Lagerbuchsen (18 bzw. 19) gleichzeitig als Gehäuse für die Aufnahme einer der Kupplungen (K1 bzw. K2) ausgebildet ist und im Innenraum deren Kupplungs- und Schaltorgane aufnimmt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbuchsen (18, 19) von beiden Stirnseiten des Schwungrades (1) her in je eine eigene Aufnahmebohrung (20, 21) eingesetzt und innerhalb des Schwungrades an einer die beiden Aufnahmebohrungen (20, 21) voneinander trennenden Mittelwand (23) axial abgestützt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in einer die Mittelwand (23) der Nabe (22) durchquerenden zentralen Durchgangsbohrung direkt bzw. in dort eingesetzten Lagern zwei Anschlußwellen (4 bzw. 5) gelagert sind, welche andernendes mit dem Antriebsaggregat (2) bzw. Getriebe (3/1, 3/2, 3/3) in Verbindung stehen und innerhalb der Lagerbuchse (18 bzw. 19) Kupplungsorgane der zugehörigen Kupplung (K1 bzw. K2) tragen.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu- und Abschalten des Schwungrades (1) zum bzw. vom Antriebsaggregat (2) und/oder Getriebe (3/1, 3/2, 3/3) durch hydraulische Betätigung bzw. Entlastung der Schalt- bzw. Kupplungsorgane (38, 39) über intern der jeweiligen Lagerbuchse (18 bzw. 19) begrenzte Druckräume (40, 41) und gegebene Druckmittelkanäle (42, 43) erfolgt, welche an äußere Druckmittelversorgungs- bzw. Druckentlastungsorgane (44, 45) angeschlossen sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fangorgan und Teil der dem Schwungrad (1) zugeordneten Sicherheitseinrichtung eine Fangtrommel (33) vorgesehen ist, die drehbar mit leichter Friktion in der kreiszylindrischen Innenfläche (9/1) der Querwand (9) des Gehäuses (6) aufgenommen ist und mit ihrer kreiszylindrischen Innenfläche (33/3) um ein solch geringes Maß von der Außenfläche (31/1) des Schwungrades (1) beabstandet ist, daß letzteres bei zu starker radialer Ausdehnung an der Fangtrommel (33) zur Anlage kommt und gleitend von dieser abgebremst wird.

17. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fangorgane und Teile der dem Schwungrad (1) zugeordneten Sicherheitseinrichtung zwei kreiszylindrische Fanghülsen (33/1, 33/2) vorgesehen sind, die axial fixiert, aber drehbar mit leichter Friktion in der kreiszylindrischen Innenwand (9/1) der Querwand (9) des Gehäuses (6) aufgenommen sind und mit ihren kreiszylindrischen Innenflächen um ein solch geringes Maß von der Außenfläche (31/1) des Schwungrades (1) beabstandet sind, daß letzteres bei zu starker radialer Ausdehnung an den Fanghülsen (33/1, 33/2) zur Anlage kommt und gleitend von diesen abgebremst wird.

18. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fangorgane und Teile der dem Schwungrad (1) zugeordneten Sicherheitseinrichtungen zwei ringförmige Fangscheiben (46, 47) vorgesehen sind, die innen an den Seitenwänden (7, 8) des aufnehmenden Gehäuses (6) fixiert abgestützt sind und zwischen ihren einander zugewandten Innenflächen (46/1, 47/1) das Schwungrad (1) aufnehmen und von dessen zugewandten Stirnflächen (1/1, 1/2) jeweils um ein solch geringes Maß beabstandet sind, daß bei einer Dezentrierung bzw. anderen Laufanomalie, beispielsweise Taumelbewegung des Schwungrades (1) dieses seitlich abgestützt abfangbar ist.

19. Einrichtung nach den Ansprüchen 16 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fangscheiben (46, 47) an den beiden Stirnseiten der Fangtrommel (33) angeordnet sind.

20. Einrichtung nach den Ansprüchen 17 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Fangscheiben (46, 47) an einer der beiden Fanghülsen (33/1, 33/2) stirnseitig angeordnet, insbesondere mit letzterer einstückig vereinigt ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mit inertem Gas, beispielsweise Helium, gefüllten Gehäuse (6) die radial und stirnseitig an der Peripherie des Schwungrades (1) gegebenen Räume (48, 49, 50) über Verbindungskanäle (51) bzw. Verbindungsleitungen (52) zwecks Ausgleiches der Erwärmung miteinander in Kommunikation stehen.