DE69014192T2

DE69014192T2 - Schwungrad für einen Verbrennungsmotor.

Info

Publication number: DE69014192T2
Application number: DE69014192T
Authority: DE
Inventors: Janiszewski Grzegorz
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2010-09-14
Also published as: EP0423089B1; ATE114183T1; EP0423089A1; DE69014192D1; SE464931B; SE8903093D0; US5156066A; SE8903093L; JPH03149435A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwungrad für Verbrennungsmotoren, wie es im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 definiert ist. Eine solche Vorrichtung ist durch die GB-A-2 193 789 bekannt.
Beim Konstruieren des Antriebszuges für einen Personenwagen mit einem handgeschalteten Getriebe ist in den letzten Jahren dem Problem der Dämpfung des Getriebegeräusches, beispielsweise des Klopfens im Leerlauf und des Ratterns verstärkte Beachtung geschenkt worden. Das Klopfen im Leerlauf tritt dann auf, wenn das Fahrzeug steht und der Motor im Leerlauf läuft, während ein Rattern dann auftritt, wenn das Fahrzeug läuft und der Antriebszug belastet ist. Beide Geräuscharten werden durch die Tatsache hervorgerufen, daß ein nichtlineares Drehmoment des Motors im Getriebe dann Anlaß zu einer Torsionsschwingung gibt, wenn die Antriebswelle des Getriebes durch das Antriebswellenzahnrad einer Winkelbeschleunigung unterworfen wird und wenn seine Eingangswelle dann durch den Motor und durch das Schlepp- Drehmoment des Getriebes verzögert wird.
Ein bekanntes Verfahren, um das Klopfen im Leerlauf und ein Rattern zu dämpfen, besteht darin, diese Torsionsschwingungen durch Aufteilen des Schwungrades des Motors in zwei Massen zu verhindern, zwischen denen eine drehmomentübertragende Feder und ein Dämpfungssystem liegen. Ein solches System ersetzt die Feder und die Dämpfungsvorrichtung, die in der Scheibenmitte einer üblichen Kupplung angeordnet sind. Das Schwungrad, das aus zwei Massen und einem dazwischenliegenden Federsystem besteht, funktioniert als mechanischer "Tiefpaßfilter" und durch eine geeignete Bemessung seiner Bauteile kann es die natürliche Frequenz der Torsiosschwingungen von 40 bis 70 Hz, entsprechend dem Drehzahlbereich, bei dem der Motor unter normalen Bedingungen arbeitet auf etwa 15 Hz vermindern, wobei diese Frequenz unterhalb der normalen Leerlauf-Drehzahl des Motors liegt.
Bei einem normalen Zweimassen-System, das nach dem beschriebenen Prinzip arbeitet, hat das Federsystem selbst zwei verschiedene Arten von Federn, die miteinander in Serie liegen und die verschiedene Federeigenschaften aufweisen. Wenn im Leerlauf kein Drehmoment vorhanden ist, dann wird von den weicheren zu den härteren Feder ein Drehmoment übertragen, wodurch im System eine natürliche Resonanz erzeugt wird, die wesentlich unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors liegt. Wenn der Motor antreibt oder während einer Motorbremsung wird die weichere Feder vollständig zusammengedrückt und eine Dämpfung während der Übertragung des Drehmoments wird ausschließlich durch die härteren Federn bewirkt. Die natürliche Resonanz des Systems liegt dann über der Leerlauffrequenz jedoch, unter der Frequenz der niedrigsten Drehzahl des belasteten Motors. Ein Nachteil des bekannten Systems liegt jedoch in der schlechten Antreibbarkeit, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die weichen Feder die relative Drehung zwischen den Massen des Schwungrades während bestimmter Betriebszustände so groß machen, daß der Antriebszug "gestreckt" wird, so daß der Antrieb schwankend wird. Dieses Problem ist umso größer, je geringer die Anzahl der Zylinder des Motors und umso höher das Drehmoment des Motors ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das die oben erwähnten Probleme auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln löst, und zwar insbesondere bei der Kraftübertragung in Motoren mit einem hohen Drehmoment und mit wenigen Zylindern, beispielsweise bei Vierzylindermotoren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand gelöst, wie er im Anspruch 1 enthalten ist.
Durch eine Anordnung der Federn auf diese Weise wird ein Federsystem erzielt, bei dem ein Federsatz, das heißt die erste Federvorrichtung, stets wirkt, während der zweite Federnsatz, d.h. die zweite Federvorrichtung, erst dann zur Wirkung kommt, wenn die relative Drehung zwischen den beiden Massen des Schwungrades im Spiel zwischen der Stützvorrichtung und den zweiten Federn entspricht. Dies führt dazu, daß im Leerlauf, wenn das Drehmoment gering ist, nur die erste Federvorrichtung wirksam ist. Bei höheren Drehmomenten wirken die erste und die zweite Federvorrichtung zusammen. Im Leerlauf wird auf diese Weise auch die Wirkung der Federn mit einer geringen Steifheit eine Dämpfung des Leerlauf-Klopfens erzielt und dann, wenn höhere Drehmomente übertragen werden, arbeiten die Federn zusammen, um ein Federsystem höherer Steifheit zu bilden, wodurch eine wirkungsvolle Dämpfung des Ratterns ermöglicht wird, ohne daß eine relative Drehung zwischen den Massen des Schwungrades zugelassen würde, die eine schlechtere Antriebsqualität erzeugen würde.
Anhand der Ausführungsform, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, wird die Erfindung nun im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Schwungrad nach der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; und
Fig. 3 ist ein Diagramm der Federeigenschaften der Vorrichtung.
Das Schwungrad besteht aus zwei getrennten Massen, die relativ zueinander verdrehbar sind und die allgemein mit den Bezugsziffern 1 und 2 bezeichnet sind.
Die Masse 1 besteht aus einer gegossenen und gedrehten Metallscheibe 1a mit enem aufgeschrumpften Zahnkranz 1b, der zum Anlassen des Motors dient. Die Scheibe 1a ist so ausgelegt, daß sie auf einen nicht dargestellten Flansch am Ende der Kurbelwelle des Motors aufgeschraubt werden kann, und zu diesem Zweck hat sie auf einem Kreis angeordnete und im Abstand voneinander liegende Löcher 4 für Befestigungsschrauben. In Winkelabständen von 90º sind vier Paare von Fingern 5 und 6 vorgesehen, die einstückig an der Scheibe 1a angegossen sind, wobei diese Finger aufeinander zu weisende, bearbeitete Flächen 5a, 6a aufweisen. Innerhalb der Finger 5, 6 liegt ein Paar von zusätzlichen Fingern 7, die diametral einander gegenüber angeordnet sind. Auch die radial inneren Finger 7 sind einstückig an der Scheibe 1a angegossen und haben gedrehte Außenseiten 7a, 7b.
Die Masse 2 besteht aus einer ersten, gegossenen und gedrehten, ringförmigen Metallscheibe 10, die eine Reibungsplatte für eine Kupplung bildet, sowie aus einem zweiten, gegossenen und gedrehten Metallring, der einen Federhalter bildet. Die Scheibe hat stirnseitig eine Reibungsfläche 12 für die nicht dargestellte Kupplungsscheibe und ist in der Nähe ihres Umfangs mit Schraublöchern 13 versehen, die längs eines Kreises verteilt sind und mit deren Hilfe eine nicht dargestellte Kupplungs-Abdeckung mit einer Druckplatte sicher an die Scheibe 10 angeschraubt werden kann. In der Nähe von ihrem Umfang hat die Scheibe 10 Löcher 14, die längs eines Kreises verteilt sind.
Der Ring 11 hat entsprechende Löcher 15 und ist mit Hilfe von Nieten 16 in den Löchern 14, 15 an der Scheibe 10 befestigt. Der Ring 11 ist gegossen und hat einen kreisförmigen, im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Kanal 17, wobei sich vom Boden dieses Kanals aus vier Finger 18 erstrecken, die ihrerseits in bezug aufeinander jeweils um 90º versetzt sind und relativ zu den Fingern 5, 6 der Masse 1 so ausgerichtet sind, daß jeder der Finger 18 in einer bestimmten Relativstellung der Massen 1 und 2 zwischen einem Fingerpaar 5, 6 liegt. Der Flächenteil 17a, 17b des Kanals 17 auf jeder Seite der Finger 18 ist ebenso bearbeitet wie die Seitenflächen 18a, 18b der Finger 18. Der Ring 11 ist ebenfalls gegossen und hat einen kreisförmigen Kanal 19, der radial innerhalb des Kanals 17 liegt. Der Abschnitt 20 des Rings 11, der radial innerhalb des Kanals 19 liegt, bildet eine Schulter mit einer bearbeiteten, kreisrunden Fläche 21, die als Lagerfläche für einen Zentrierring 30 dient.
Wenn der Ring 11 auf der zweiten Masse 2 gegossen wird, dann werden gleichzeitig kreisförmig gebogene Vertiefungen 22 mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt erzeugt und paarweise angeordnet. Zwischen den Vertiefungen 22 jedes Paares befinden sich kreisförmig gebogene Schlitze 23, in die die inneren Finger 7 der ersten Masse 1 hineinragen.
Der Zentrierring 30 wird durch einen relativ dünnen Metallring gebildet, der gestanzt oder ausgeschnitten sein kann und der eine radial innere Fläche 31 hat, die eine Lagerfläche bildet und gegen die Fläche 21 des Rings 11 anliegt. Am Ring 30 sind einstückig vier rechteckige, längliche Vorsprünge 32 angeformt, die auf seinem Umfang gleichmäßig verteilt sind und die im Kanal 17 des Ringes 11 liegen. Diese Vorsprünge sind in den Mittelteil von Schraubenfedern 40a, 40b "eingeschraubt", die ihrerseits im Kanal 17 liegen, wobei die Enden jeder Feder jeweils gegen die Finger 5, 6 und 18 jeweils der Massen 1 und 2 anliegen. Wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Vorsprünge so geformt und angeordnet, daß sie dann, wenn auf das Schwungrad kein Drehmoment einwirkt, mittig zwischen benachbarten Fingergruppen 5, 6 und 18 liegen. Aus dieser Figur geht ebenfalls hervor, daß die Federn 40a ohne Spiel zwischen den Fingergruppen liegen, während die Federn 40b auf jeder Seite ein kleines Spiel "s" zur benachbarten Fingergruppe haben.
Die Scheibe 1a der Masse 1 hat zusätzlich zum Kanal 17 gegossene und möglicherweise gedrehte, nicht dargestellte Vertiefungen sowie Vertiefungen 22 so, daß im wesentlichen geschlossene Hohlräume gebildet werden, die für die Federn 40a, 40b sowie die Federn 41 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben. Der Sinn der letztgenannten Federn besteht darin, in Zusammenarbeit mit den inneren Fingern 7 einen Stoß zu dämpfen, der bei einer extremen Überlastung im System auftreten könnte. Die Hohlräume, die durch die Scheibe 1a und den Ring 11 gebildet werden, sind mit einem Medium gefüllt, das sowohl schmierende als auch dämpfende Eigenschaften hat. Die Scheibe 1a ist so bearbeitet, daß ein Flansch 50 gebildet wird, der axial über den Ring 11 vorsteht. Am Ende des Flansches 50 ist eine Abdeckplatte 51 befestigt, wobei zwischen diesen beiden Teilen eine Dichtung 52 liegt. Die Abdeckplatte 51 hat einen Innenflansch 53, der an eine Dichtung 54 anstößt, die ihrerseits in einer Nut im Flanschteil 55 der Scheibe 10 liegt. Eine weitere Dichtung 56 in einer Nut in einem radial inneren Flansch 57 an der Scheibe 1a vervollständigt die Abdichtung der Hohlräume in bezug auf die Umgebung.
Zwischen der Innenfläche 50 des Flansches 50 und der gegenüberliegenden, radialen Fläche des Ringes 11 befindet sich ein Radiallager 60 in Form beispielsweise eines Teflonringes. Axialkräfte im System werden durch ein Drucklager 61 zwischen der Abdeckplatte 51 und dem Ring 11 aufgenommen sowie durch ein mehr in der Mitte angeordnetes Drucklager 62 zwischen der Scheibe 1a und einer Stirnfläche des Flanschabschnittes 55 der Scheibe 10.
Das Spiel "s" bedeutet, daß bei einem geringen Drehmoment dann, wenn der Motor im Leerlauf läuft, nur die Federn 40a aktiv sind und daß das Federsystem die Eigenschaften hat, die im Bereich "a" in Fig. 3 dargestellt sind. Sobald aufgrund des steigenden Drehmoments eine Relativdrehung zwischen den Massen auftritt7 die das Spiel "s" überschreitet, hat das Federsystem die Eigenschaften, die innerhalb des Bereiches "b" dargestellt sind. Innerhalb des Bereiches "c" wird die Kurve aufgrund der Tatsache steiler, daß die Federn 41 zur Wirkung gelangen.

Claims

1. Schwungrad für Verbrennungsmotoren mit einer ersten Schwungradmasse (1), die dazu bestimmt ist, mit der Abtriebswelle eines Motors verbunden zu werden, einer zweiten Schwungradmasse (2), die dazu bestimmt ist, über eine Reibungskupplung mit der Eingangswelle eines Getriebes verbunden zu werden, ersten und zweiten Schraubenfedern (40a, 40b), die so angeordnet sind, daß sie zwischen den Massen Drehmoment übertragen, wobei die ersten Federn ohne Spiel zwischen ersten, zusammenarbeitenden Anschlägen liegen, die ihrerseits mit den Massen (1, 2) auf jeder Seite der ersten Federn verbunden sind, während die zweiten Federn (40b) in einem mit Drehmoment unbelasteten Zustand der Massen mit einem Drehspiel (s) zwischen zweiten, zusammenwirkenden Anschlägen mit Hilfe eines ringförmigen Drehzentrierungsteiles (30) zentriert sind, wobei dieses Teil drehbar auf einer der Massen gelagert ist und Vorsprünge (32) hat, die mit den ersten und zweiten Federn im Eingriff sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (32) des Zentrierungselements (30), die jeweils mit den ersten und zweiten Federn (40a, 40b) im Eingriff sind, in ein jeweiliges Federteil eingreifen, das mittig zwischen den Enden der jeweiligen ersten und zweiten Federn (40a, 40b) liegt, Teile haben, die zum radialen Festlegen der mittleren Teile der jeweiligen ersten und zweiten Federn (40a, 40b) und zum Ausgleichen der zentrifugalen und Reaktionskräfte auf die ersten und zweiten Federn (40a, 40b) einwirken, in Drehrichtung weisen.

2. Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen (1, 2) gemeinsam wenigstens einen Hohlraum (17) bilden, der in Drehrichtung der Massen kreisförmig gebogen ist und in dem erste und zweite Federn (40a, 40b) angeordnet sind, und

daß die ersten und zweiten Anschläge sich in den Hohlraum hineinerstrecken und so angeordnet sind, daß sie dann, wenn eine Drehmoment-Belastung mit anschließender Relativ-Drehung zwischen den Massen auftritt, in entgegengesetzte Richtungen verschoben werden, um anfänglich nur die ersten Federn (40a) zusammenzudrücken und erst nach einer gewissen Relativanfangsdrehung (β) auch die zweiten Federn (40b) zusammendrücken.

3. Schwungrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmig gekrümmte Hohlraum (40) einen geschlossenen Kreis bildet und daß gleichmäßig voneinander entfernte Anschlaggruppen (5, 6, 18) in den Hohlraum hineinragen und daß mehrere erste und zweite Federn (40a, 40b) zwischen den Anschlaggruppen im Hohlraum abwechselnd angeordnet sind.