DE69020477T2

DE69020477T2 - Schwungrad für einen Verbrennungsmotor.

Info

Publication number: DE69020477T2
Application number: DE69020477T
Authority: DE
Inventors: Janiszewski Grzegorz
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1990-09-12
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2010-09-13
Also published as: DE69019747T2; ATE124514T1; SE8903091D0; JPH03149433A; DE69020477D1; SE464930B; US5209139A; EP0476707B1; EP0420830B1; EP0476707A1; ATE123119T1; DE69019747D1; EP0420830A1; SE8903091L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwungrad für Verbrennungsmotoren nach dem Gattungsbegriff des Patentansprüchs 1. Ein solches Schwungrad ist durch die US-A- 4 816 006 bekannt.
Bei der Auslegung eines Antriebszuges für einen Personenkraftwagen mit Handschaltung ist in den vergangenen Jahren dem Problem der Dämpfung von Antriebsgeräuschen größere Aufmerksamkeit gewidmet worden, beispielsweise dem Klopfen im Leerlauf und dem Rattern. Das Klopfen im Leerlauf tritt dann auf, wenn das Auto steht und der Motor leer läuft, während das Rattern dann auftritt, wenn das Auto fährt und der Antriebszug belastet ist. Beide Erscheinungen werden durch die Tatsache hervorgerufen, daß das harmonische Drehmoment des Motors im Getriebe dann zu einem Torsionsschwingungs-Zyklus führt, wenn die Eingangswelle des Getriebes durch das auf ihr sitzende Zahnrad einer Winkelbeschleunigung unterworfen wird und wenn dessen Antriebswelle dann durch den Motor und durch das Schleppdrehmoment des Getriebes verzögert wird.
Ein bekanntes Verfahren zum Dämpfen des Klopfens im Leerlauf und des Ratterns besteht darin, diese Torsionsschwingungen dadurch zu vermindern, daß das Schwungrad des Motors in zwei Massen unterteilt wird, zwischen denen eine das Drehmoment übertragende Feder und ein Dämpfungssystem liegen. Ein solches System ersetzt die Feder und die Dämpfungsvorrichtung, die in der Scheibenmitte einer üblichen Kupplung vorgesehen sind. Das aus zwei Massen bestehende Schwungrad mit einem dazwischenliegenden Federsystem fungiert als mechanischer "Tiefpaßfilter" und durch eine geeignete Bemessung der Baugruppen kann es die natürliche Frequenz der Torsionsschwingungen von 40 bis 70 Hz, die dem Drehmomentbereich entsprechen, bei denen der Motor unter normalen Bedingungen betrieben wird, auf etwa 15 Hz vermindert werden, die unterhalb der normalen Leerlauf- Drehzahl des Motors liegen.
Bei einem normalen Zweimassensystem, das nach dem oben beschriebenen Prinzip funktioniert, hat das Federsystem selbst zwei unterschiedliche Typen von Federn, die zueinander in Serie angeordnet sind und die unterschiedliche Federeigenschaften aufweisen. Beim Leerlauf ohne Übertragung von Drehmoment wird ein Drehmoment von den weicheren auf die härteren Federn übertragen, wodurch eine natürliche Resonanz im System erzeugt wird, die wesentlich unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors liegt. Wenn der Motor antreibt oder während einer Motorbremsung werden die weicheren Federn vollständig zusammengedrückt und die Dämpfung während der Übertragung des Drehmoments wird vollständig durch die härteren Federn bewirkt. Die natürliche Resonanz des Systems liegt dann oberhalb der Leerlauffrequenz, jedoch unterhalb der Frequenz der niedrigsten Drehzahl des belasteten Motors. Ein Nachteil des bekannten Systems liegt jedoch in der schlechten Antreibbarkeit, unter anderem aufgrund der Tatsache, daß die weicheren Feder die relative Drehung zwischen den Schwungradmassen während bestimmter Betriebsbedingungen so groß werden lassen, daß der Antriebszug "gestreckt" wird und daß der Antrieb sich aufschaukelt.
Die Erfindung beruht auf der Einsicht, daß man negative Auswirkungen der Antreibbarkeit dann vermeiden kann, wenn die verschiedenen Federarten, die in Serie zueinander angeordnet sind, jeweils durch eine einzige Feder ersetzt werden, die relativ lang ist. Es hat sich gezeigt, daß relativ lange Federn derselben Art in der Lage sind, sowohl das Klopfen im Leerlauf als auch das Rattern dann zu ersetzen, wenn das größtmögliche Drehmoment übertragen wird.
Es sind jedoch bei der Verwendung solcher Federn Probleme aufgetreten. Diese Probleme müssen jedoch gelöst werden, um zu einem Schwungradsystem zu kommen, das in der Praxis funktioniert. Die langen Federn sind nämlich Zentrifugal- und Reaktionskräften im System so unterworfen, daß eine erhebliche Reibung die Federbewegung behindert, was wiederum zu einem erheblichen Abrieb führt. Dadurch, daß erfindungsgemäß eine dritte Masse angeordnet wird, die mit den Federn zusammenarbeitet, können diese Zentrifugal- und Reaktionskräfte ausgeglichen werden und es kann ein Schwungrad erzielt werden, dessen Resonanz im Leerlauf wesentlich niedriger liegt als die Leerlaufdrehzahl des Motors. Wenn der Antriebszug belastet ist, dann liegt die Resonanz unterhalb der niedrigsten Drehzahl des belasteten Motors.
Die Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen beschrieben sind. Es zeigen:
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Schwungrad nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht durch einen Teil der Schwungradmassen bei einer veränderten Ausführungsform; und
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den Teil, der in Fig. 3 dargestellt ist.
Das Schwungrad besteht aus drei getrennten Massen 1, 2 und 3, die relativ zueinander verdrehbar sind.
Die Masse 1 besteht aus einer gegossenen und gedrehten Metallscheibe 1a mit einem aufgeschrumpften Zahnkranz 1b, der seinerseits der Anlasser-Zahnkranz des Motors ist. Die Scheibe 1a ist so ausgelegt, daß sie an einem nicht dargestellten Flansch am Ende der Kurbelwelle des Motors angeschraubt werden kann und zu diesem Zweck hat sie Schraublöcher 4, die längs eines Kreises verteilt sind. Vier Fingerpaare 5 und 6, die einstückig an die Scheibe 1a angegossen sind, sind jeweils um Winkel von 90º voneinander entfernt, wobei die Finger bearbeitete Flächen 5a, 6a haben, die aufeinander zu weisen. Radial innerhalb der Finger 5, 6 befindet sich ein zusätzliches Paar von Fingern 7, die diametral einander gegenüberliegen. Auch die radial innen liegenden Finger 7 sind einstückig mit der Metallscheibe 1a gegossen und sie haben gedrehte, äußere Flächen 7a, 7b.
Die Masse 2 besteht aus einer ersten, gegossenen und gedrehten, ringförmigen Metallscheibe 10, die eine Reibplatte für eine Kupplung bildet sowie aus einem zweiten, gegossenen und gedrehten Metallring 11, der einen Federhalter bildet.
Die Scheibe hat eine Reibfläche 12 für die nicht dargestellte Kupplungsscheibe und sie ist in der Nähe ihres Umfanges mit Schraublöchern 13 versehen, die auf einem Kreis angeordnet sind und mit deren Hilfe eine nicht dargestellte Kupplungsabdeckung mit einer Druckplatte fest an der Scheibe 10 angeschraubt ist. In der Nähe ihres Innenumfanges hat die Scheibe 10 Löcher 14, die mit Anstand auf einem Kreis angeordnet sind.
Der Ring 11 hat entsprechende Löcher 15 und ist an der Scheibe 10 mit Hilfe von Nieten 16 in den Löchern 14 und 15 befestigt. Der Ring 11 ist gegossen und hat einen kreisförmigen, im wesentlichen U-förmigen Kanal 17 sowie vier Finger 18, die vom Boden des Kanals aus vorstehen, wobei diese Finger jeweils um 90º gegeneinander versetzt und relativ zu den Fingern 5 und 6 der Masse 1 so ausgerichtet sind, daß jeder der Finger 18 in einer bestimmten, relativen Stellung der Massen 1 und 2 zwischen einem bestimmten Fingerpaar 5, 6 liegt. Die Flächenabschnitte 17a und 17b des Kanals 17, die auf beiden Seiten der Finger 18 liegen, sind ebenso gedreht wie die Seitenflächen 18a und 18b der Finger 18. Der Ring 11 ist ebenfalls mit einem kreisförmigen Kanal 19 gegossen, der radial innerhalb des Kanals 17 liegt. Ein Teil 20 des Ringes 11, der radial innerhalb des Kanals 19 liegt, bildet eine Schulter mit einer gedrehten, kreisrunden Fläche 21, die für eine dritte Masse 3 als Lagerfläche dient.
Beim Gießen des Ringes 11 an der zweiten Masse 2 werden gleichzeitig kreisförmig gebogene Vertiefungen 22 mit im wesentlichen U-förmigem Querschnitt erzeugt und paarweise angeordnet. Zwischen den Vertiefungen 22 in jedem Paar befinden sich kreisförmig gebogene Schlitze 23, in die die inneren Finger 7 der ersten Masse 1 hineinragen.
Die dritte Masse 3 besteht aus einem relativ dünnen Metallring 30, der gestanzt oder ausgeschnitten sein kann und der eine radiale Innenfläche 31 hat, die eine Lagerfläche bildet und die gegen die Fläche 21 des Ringes 11 anliegt. Der Ring 30 ist einstückig mit vier länglichen Vorsprüngen 32 versehen, die an seinem Umfang mit gleichen Abständen verteilt sind und die im Kanal 17 des Ringes 11 liegen. Diese Vorsprünge haben radial äußeren und innere Anschläge 32a, 32b für ein Ende der Schraubenfedern 40, die im Kanal 17 liegen. Das andere Ende jeder Feder liegt jeweils gegen die Finger 5, 6 und 18 der jeweiligen Massen 1 und 2 an. Wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Vorsprünge 32 so geformt und angeordnet, daß die einander gegenüberliegenden Enden jedes Vorsprunges sich in gegenüberliegende Federenden hinein erstrecken, so daß dann, wenn das Schwungrad keinem Drehmoment ausgesetzt ist, die Vorsprünge 32 mittig zwischen Paaren benachbarter Gruppen von Fingern 5, 6 und 18 liegen. In jedem Abschnitt des Kanals 17 zwischen zwei Fingergruppe liegen bei der dargestellten Ausführungsform zwei Schraubenfedern 40, die durch die dritte Masse 3 zusammengehalten werden, die damit als Federhalter oder Federführung dient. Aufgrund der Tatsache, daß die dritte Masse relativ zu den beiden anderen Massen 1 und 2 verdrehbar ist, ist sie dann in der Lage, wenn zwischen den Fingern 5 und 6 und dem Finger 18 eine relative Bewegung und eine Kompression der Federn stattfindet, sich frei soweit zu verschwenken, wie dies notwendig ist, um es jedem Federpaar 40 zwischen den Fingergruppen zu ermöglichen, als eine einzige, lange und durchlaufende Feder zu wirken. Auf diese Weise werden die Dämpfungseigenschaften erzielt, wie sie in der Beschreibungseinleitung erwähnt worden sind. Die Vorsprünge 32 am Ring 30 wirken gleichzeitig als Führungen, die die Zentrifugal- und Reaktionskräfte kompensieren, die auf die Federn einwirken, so daß das Federsystem in dieser Beziehung dieselben Eigenschaften hat wie ein System, das zwischen den Fingergruppen einen Abstand aufweist, der nur halb so groß ist. Anstatt die Federn 40 in Paaren anzuordnen, können Federn verwendet werden, die doppelt so lang sind, die jedoch auf geeignete Weise in ihrer Mitte mit dem entsprechenden Vorsprung 32 in Eingriff gebracht worden sind.
Die Scheibe 1a der Masse 1 hat nicht dargestellte Vertiefungen, die ihrerseits den Kanal 17 und die Vertiefungen 22 so ergänzen, daß im wesentlichen geschlossene Hohlräume gebildet werden, die ihrerseits im Querschnitt im wesentlichen kreisförmig sind und die dazu dienen, die Federn 40 und 41 aufzunehmen. Der Zweck dieser Federn besteht darin, im Zusammenwirken mit den inneren Fingern 7, einen Stoß dann zu dämpfen, wenn eine extreme Überbelastung des Systems eintritt. Die Hohlräume, die durch die Scheibe 1a und den Ring 11 gebildet werden, sind mit einem Medium gefüllt, das schmierende und dämpfende Eigenschaften hat. Die Scheibe 1a ist so bearbeitet, daß ein Flansch 50 gebildet wird, der sich axial über den Ring 11 erstreckt. Am Ende dieses Flansches 50 ist eine Abdeckplatte 51 befestigt und zwischen diesen Teilen liegt eine Dichtung 52. Die Abdeckplatte 51 hat einen Innenflansch 53, der gegen eine Dichtung 54 anliegt, die ihrerseits in einer Nut in einem Flanschabschnitt 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 50a des Flansches 50 und einer gegenüberliegenden, radialen Fläche des Ringes 11 befindet sich ein Radiallager 60, beispielsweise in Form eines Teflonringes. Axiale Kräfte im System werden durch ein Drucklager 61 zwischen der Abdeckplatte 51 und dem Ring 11 aufgenommen sowie durch ein weiter in der Mitte liegendes Drucklager 62 zwischen der Scheibe 1a und einer Stirnfläche des Flanschabschnittes 55 der Scheibe 10. Als Alternative zu dem äußeren Radiallager kann ein nicht dargestelltes, inneres reibungsarmes Lager verwendet werden. Vorteilhaft ist es jedoch, das Lager in einem größeren, radialen Abstand von der Drehachse anzuordnen, da die Verbiegungen der Kurbelwelle des Motors dann kleinere Abweichungen und weniger Belastung auf das Lager erzeugen.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine etwas veränderte Form der Scheibe 10, die als Reibungsplatte der zweiten Masse dient. Der radial innen liegende Flanschabschnitt 55 und derjenige Teil der Scheibe, an dem die Reibfläche 12 angeordnet ist, sind an den Brückenteilen 10a während des Gießens der Scheibe 10 miteinander verbunden. Nach dem Guß ist in die Scheibe 10 eine Nut 10b eingeschnitten worden, so daß zwischen den Brückenteilen 10a Durchgangsschlitze 10c gebildet werden. Auf diese Weise wird die Masse verkleinert, die die Wärme von der Reibfläche 12 zu den Hohlräumen im System übertragen kann, die das schmierende und dämpfende Mittel enthält, wobei die Wärme dann erzeugt wird, wenn die Kupplung rutscht. Die Durchgangsschlitze 10c bilden gleichzeitig Durchlässe, durch die Kühlluft hindurchströmen kann. Die Brückenteile 10a haben ferner schräg liegende Flächen, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht, wobei diese Flächen dazu dienen, dann eine radial nach außen gerichtete Luftströmung zu erzeugen, wenn sich die Scheibe dreht.
Die oben beschriebene Ausführungsform betrifft ein Schwungrad, das sowohl das Klopfen im Leerlauf als auch das Rattern während der Fahrt wirkunsvoll dämpft. Alle Teile, die die Schwungradmassen 1, 2 und 3 und ihre Finger bilden, die mit den Federn zusammenarbeiten, können durch Gießen ohne irgendwelche Bearbeitung hergestellt werden, mit Ausnahme eines Drehvorganges auf einer Drehbank; auf diese Weise werden kostspielige Fräsvorgänge vermieden. Das erfindungsgemäße Schwungrad hat gezeigt, daß es mit denselben Kupplungsabmessungen in der Lage ist, ein höheres Drehmoment zu übertragen als die bisher bekannten Schwungräder mit zwei Massen.

Claims

1. Schwungrad für Verbrennungsmotoren mit einer ersten Schwungradmasse (1), die dazu bestimmt ist, an der Abtriebswelle eines Motors befestigt zu werden, einer zweiten Schwungradmasse (2), die dazu bestimmt ist, über eine Reibungskupplung mit der Eingangswelle einer Kraftübertragungsvorrichtung verbunden zu werden, wobei die ersten und zweiten Schwungraömassen (1, 2) zusammen wenigstens einen kreisförmige gebogenen Hohlraum (17) bilden, der in Drehrichtung der Massen gekrümmt ist und in dem Schraubenfedern (40) angeordnet sind, wobei die Schwungradmassen mit Vorsprüngen (5, 6, 18) versehen sind, die in den Hohlraum hineinragen, wobei diese Vorsprünge dann, wenn die Massen keinem Drehmoment ausgesetzt sind, zusammenwirkende Anschläge (5, 6, 18) für die Enden der Schraubenfedern (14) bilden, die auf beiden Seiten der Vorsprünge angeordnet sind und die dann, wenn die Massen einem Drehmoment unterworfen werden, in entgegengesetzte Richtungen wirken, um die Schraubenfedern zusammenzudrücken sowie mit einer dritten Masse, die von den ersterwähnten beiden Massen (1, 2) getrennt ist und die die Form eines Ringes (30) hat, der verdrehbar auf einem ringförmigen Flansch (20) an einer der anderen Massen gelagert ist und Vorsprünge (32) hat, die mit den Schraubenfedern (40) in Eingriff sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (32) der dritten Masse (3) dann, wenn die Massen keinem Drehmoment unterworfen sind, mittig zwischen Paaren von zusammenwirkenden Anschlägen (5, 6, 18) liegen und Abschnitte haben, die sich in das Innere der Schraubenfedern hineinerstrecken, um auf diese Weise die ergriffenen Federteile in radialer Richtung festzulegen.

2. Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vorsprung (32) an der dritten Masse (3, 30) zwischen aufeinander zu weisenden Enden von zwei Schraubenfedern angeordnet ist, die ihrerseits zwischen Paaren von zusammenwirkenden Anschlägen (5, 6, 18) liegen.

3. Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Vorsprung (32) an der dritten Masse (3, 30) mit einem Abschnitt einer Schraubenfeder in Eingriff kommt, wobei dieser Abschnitt mittig zwischen den Enden der Feder liegt.

4. Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Massen (1, 2) wenigstens drei zusammenwirkende Vorsprünge (5, 6, 18) haben, die sich in den gekrümmten Hohlraum hinein erstrecken und von denen zwei Vorsprünge (5, 6) mit einem radialen Abstand zwischen sich auf der ersten Masse (1) angeordnet sind, während ein Vorsprung (18) auf der zweiten Masse angebracht ist und sich dann in den genannten Abstand hinein erstreckt, wenn die Massen keinem Drehmoment unterworfen sind.

5. Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten und zweiten Massen (1, 2) radial innerhalb der ersterwähnten Schraubenfedern (40) zusätzliche Schraubenfedern (41) angeordnet sind, die ihrerseits auf der ersten Masse in bezug auf die zusammenarbeitenden Anschläge (7) auf der zweiten Masse so angeordnet sind, daß die Anschläge dann, wenn ein Drehmoment aufgebracht wird, nach einer bestimmten, relativen Drehung zwischen den Massen mit den Federn (41) in Berührung kommen, um den Stoß während der Stoßbelastung zu dämpfen.

6. Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Masse (2) aus einer Reibplatte (10) einer Scheibenkupplung und einer ringförmigen Scheibe (11) besteht, die mit Hilfe von getrennten Befestigungsmitteln (14) an der Reibplatte befestigt ist und die erstens eine Vertiefung (17) hat, die einen Teil des kreisförmig gekrümmten Hohlraumes für die oben erwähnten Schraubenfedern aufweist und die zweitens eine Schulter (20) mit einer axialen Ringfläche (21) hat, an der die dritte Masse (3) gelagert ist.

7. Schwungrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibplatte (10) mit Brückenteilen (10a) versehen ist, die ihrerseits mit Durchgangslöchern (14) versehen sind, die auf einem Kreis liegen und daß die ringförmige Scheibe (11) entsprechende Löcher (15) hat, so daß Befestigungsteile (16) in diesen Löchern die Reibplatte und die genannte Scheibe miteinander verbinden können.

8. Schwungrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenteile (10a) so geformt sind, daß sie während der Drehung der Reibplatte in einer Richtung einen radial nach außen gerichteten Luftstrom erzeugen.

9. Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Masse (1) an oder in der Nähe ihres Außenumfanges einen Flanschabschnitt (50) hat, der sich in axialer Richtung über wenigstens einen Teil der zweiten Masse erstreckt und der so bemessen ist, daß zwischen einer zylindrischen Innenfläche (50a) an diesem Flanschabschnitt und einer äußeren, zylindrischen Fläche an der zweiten Masse (2) eine Lücke gebildet wird und daß in dieser Lücke ein Gleitlager (60) liegt.