JP2004510111A - ねじりばねセット - Google Patents

Abstract

本発明は、特に自動車のパワートレーン用のねじりばねセットであって、内側に位置する第１コンポーネント（１）と、この第１コンポーネントに対してねじることができるように配置され、外側に位置する第２コンポーネント（２）と、第１及び第２コンポーネント（１、２）の間で作用するねじりばねとして形成されているばね（３）と、このばね（３）の第１末端部分（９）を第１コンポーネント（１）に連結する第１固定手段（７）と、このばね（３）の第２末端部分（１０）を第２コンポーネント（２）に連結する第２固定手段（８）とを備え、ばね（３）が、実質上周方向で、第１コンポーネント（１）の周囲の少なくとも一部に沿って延伸するものにおいて、第１及び第２固定手段（７、８）の少なくとも１つが、第１コンポーネント（１）が第２コンポーネント（２）に対して相対的にねじれた場合、第１及び／又は第２末端部分（９、１０）が半径方向に移動するように形成されていることを特徴とするねじりばねセットに関する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじりばねセット、特に自動車のパワートレーン用のねじりばねセットに関する。より詳細には、本発明は、内側に位置する第１コンポーネントと、この第１コンポーネントに対してねじり可能に配置されているとともに外側に位置する第２コンポーネントと、これらの第１及び第２コンポーネントの間で作用するねじりばねとして形成されているばねと、このばねの第１末端部分を第１コンポーネントと連結する第１固定手段と、このばねの第２末端部分を第２コンポーネントと連結する第２固定手段とを備え、ばねが、実質上周方向で、第１コンポーネントの周囲の少なくとも一部に沿って延伸しているねじりばねセットに関する。
【０００２】
【従来技術】
本発明のねじりばねセットのような、自動車のパワートレーンを防振技術的に遮断するために利用することができるねじりばねセットは公知である。
【０００３】
このようなねじりばねセットの使用は、自動車に使用される内燃機関がクランクシャフトでトルクを発生するが、そのトルクが時間の経過に対して一定ではないことに基づく。エンジンの平均モーメントには動力学的な部分が重畳しており、これが原因で、クランクシャフト及びクランクシャフトに接続されているコンポーネントの回転運動が不均一になる。これによりパワートレーンに振動が生じ、自動車の走行快適性が損なわれる。クランクシャフトからパワートレーンへの回転振動の伝達を軽減する効果的な方法の１つとして、クランクシャフトとパワートレーンの間を防振技術的に遮断することが挙げられる。このために、通常は比較的軟らかいねじりばねを介して、クランクシャフトのフライホイールに第２の回転錘が取り付けられる。フライホイールはクランクシャフトの不均一な回転運動に追随するが、クラッチを介してトランスミッションと連結されている第２の回転錘の回転数変動は明らかに小さくなる。このようにしてパワートレーンを安定させることができる。
【０００４】
ねじりばねセットの主要な構成要素は、２つの回転錘の間のねじりばねである。このねじりばねは、一方ではクランクシャフトに生じる振動を十分遮断可能とするための柔軟さを必要とし、他方ではエンジンの静力学的トルクを受容し、またクランクシャフトの振動によって生じる２つの回転錘の間の相対運動を許容するための十分なばねのたわみを必要とする。
【０００５】
ねじりばねの１つの例が開示されている（例えば特許文献１参照）。このばねは渦巻きバネとして形成され、かつこのばねは第１の内側コンポーネントの周囲に複数回巻きつけられて延伸している。このばねは、外側輪郭と内側輪郭によって画定されている取り付け空間に収容されている。この場合、外側輪郭と内側輪郭は、回転軸に関して同心上に配置されている。この公知の構成の欠点は、比較的大きな設置空間を必要とすることである。これに関して、要求される剛性率を得る場合、そのばねによって伝達されるトルクの、そのばねが必要とする設置空間に対する比を、ばねの出力密度というが、ばねの出力密度は全ての場合において十分ではない。
【０００６】
【特許文献１】
独国特許出願公開第４００６１２１Ａ１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、設置空間をわずかしか必要としないねじりばねセットの提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、冒頭に挙げた諸特徴を有するねじりばねにおいて、少なくとも１つの固定手段が、第２コンポーネントに対して第１コンポーネントが相対的にねじれる際に、第１及び／又は第２末端部分が半径方向に移動するように形成されることにより解決される。
【０００９】
本発明の実施形態によって、ばねの全長にわたって均一な曲げ荷重が得られる。これによりばねをより一層活用することができ、それにより、より高い出力密度を得ることができる。ねじりばねの特に簡単な実施形態は、ばねの一方の末端部分を第１又は第２コンポーネントに固定連結し、他方の末端部分を可動状態で配置することにより得られる。
【００１０】
本発明の１つの有利な実施形態では、外側輪郭と内側輪郭により画定される取り付け空間にばねが収容され、ばねが外側輪郭又は内側輪郭上に配置されることにより、第１と第２コンポーネントの間の最大ねじり角が制限されることが意図される。このとき、外側輪郭を第２コンポーネントの内面によって、内側輪郭を第１コンポーネントの外面によって形成することができる。外側輪郭と内側輪郭を形成するにあたっては、これらがばねの変形を制限し、それにより第１と第２コンポーネント間のねじり角のみならず、ばね本体の機械的な応力も制限されるように形成される。ばねは収縮すると、内側輪郭に特に全面的に密着し、他方でばねが拡張されると、外側輪郭に特に全面的に密着する。
【００１１】
本発明の思想によるもう１つの実施形態では、取り付け空間の外側輪郭及び／又は内側輪郭を円周の弧として形成することが意図されている。弧の形状とすることにより、特に、弧の上に沿って延伸している断面が一定であるばねが、外側輪郭又は内側輪郭に密着するとき、一様な変形と負荷がもたらされる。
【００１２】
ねじりばねセットの出力密度におけるもう１つの改善は、外側輪郭及び／又は内側輪郭を互いにずらして配置することによって得られる。この場合、外側輪郭と内側輪郭を弧として形成し、各弧の中心を互いに間隔をもって配置することが有利である。ばねが収縮するとき、外側輪郭と内側輪郭は、第１及び第２コンポーネントの共通な回転軸を中心に、互いに相対的にねじれる。このとき各弧の中心は、特にこの回転軸から間隔をもって配置されている。
【００１３】
もう１つの改善は、ばねを内側輪郭に密着するまで収縮した場合に、内側輪郭の中心が、回転軸及びはめ込み固定された末端部分の中心を通る直線の上、又はその直線に隣接する位置に配置されるようにすることによって得られる。この場合、内側輪郭の中心は、特に回転軸及びはめ込み固定された末端部分の間に位置する。
【００１４】
さらにねじりばねセットを本発明により形成するにあたって、ばねを外側輪郭に密着するまで拡張した場合に、外側輪郭の中心が、回転軸及びはめ込み固定された末端部分の中心を通る直線の上、又はその直線に隣接する位置に配置されるように形成することができる。この場合、外側輪郭の中心は、回転軸から他方の側に、すなわちはめ込み固定された末端部分とは反対側に位置する直線上に位置する。
【００１５】
本発明の有利な実施形態では、少なくとも１つの固定手段が形成され、第１コンポーネントが第２コンポーネントに対して相対的にねじれるとき、第１及び／又は第２末端部分が回転軸を中心にねじれるように形成されることが意図される。この場合のねじるとは、回転軸とは異なる回転中心の周りで回転することを意味する。このようにしてばね末端部分の半径方向の運動と、回転運動が得られる。これにより、末端部分領域におけるばねの負荷はさらに軽減される。
【００１６】
その他有利な方法では、少なくとも１つの固定手段がばね側の第１固定部を備え、この第１固定部が第１又は第２コンポーネントの第２固定部と共働して作用する。これにより製造と取り付けが特に簡単な構造を得ることができる。この場合、第１及び第２固定部は形状により互いに連結されている。
【００１７】
本発明の特に有利な実施形態では、第１固定部が１つの先端を有する固定具の脚部として形成され、第１コンポーネントが第２コンポーネントに対して相対的にねじれるとき、この固定具の脚部がその先端を中心として回転するように、第１及び第２固定部が形成されている。このようにして、信頼性をもってばねの末端部分を固定することができる。また同時に、この固定具の脚部がその先端を中心として回転することにより、ばね末端部分の半径方向の移動とねじりとが達成される。
【００１８】
本発明のもう１つの特徴によれば、ばねは第１コンポーネントの周囲で角度３６０°を超えないような角度にわたって延伸する。したがって個々のばねが第１コンポーネントを複数回巻くことはない。この場合の角度表示は、ばねの有効長さだけに関する。
【００１９】
本発明によるねじりばねの静力学的な非平衡は、次のようにして回避される。すなわちこのねじりばねはｎ個のばねからなる少なくとも１つのばねの組み合わせを有し、これらのｎ個のばねは、平行に互いに並び、それぞれ角度３６０°／ｎだけずれた位置に配置されている。この場合の個数ｎは２に等しいか又は２よりも多いものとする。
【００２０】
動力学的な非平衡の発生に関しては、２つのばねの組み合わせを設け、これらを特に回転軸に垂直な１つの平面に対して鏡像対称となるように配置することにより、もう１つの改善が達成される。したがっていずれのばねの組み合わせも２つのばねを有する場合、合計４つのばねが平行に接続されて設けられ、回転軸の軸方向で互いに並んで配置されている。２つの外側のばねは、その回転位置に関して等しく配置されている。しかし内側に位置するばねは、どちらも外側のばねに対して回転軸を中心として１８０°ねじれている。左側に配置されているばねの組み合わせは、右側に配置されているばねの組み合わせに対して鏡像対称に配置され、対称面は双方のばねの組み合わせの中央を通過する。そして内側に位置するばねは、外側に位置するばねに対して、回転軸を中心に１８０°ねじれている。この構成の利点は、ばねパケットの重心並びに、内側輪郭及び外側輪郭を有する第１及び第２コンポーネントの重心が回転軸上に位置し、したがって各部品が回転するとき、静力学的及び／又は動力学的な非平衡を回避することができることにある。この利点は、上記と異なる個数のばねによっても、たとえば各内側に位置する２つのばねを、２倍の幅を有する１つの別個のばねにまとめることによっても、同様にして得ることができる。有利な方法としては、各ばねと第１及び第２コンポーネントを回転軸を通過する平面に対して対称に配置し、すべてのばねの共通の重心を回転軸上に配置することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して１つの実施例を説明する。
【００２２】
図１〜３は自動車のパワートレーン用のねじりばねセットを示す。このねじりばねセットは、内側に位置する第１コンポーネント１と、外側に位置する第２コンポーネント２を備える。このとき、第１コンポーネント１は自動車エンジンのフライホイールと、また第２コンポーネント２はクラッチを介してトランスミッションと連結されるが、これらの連結は公知の方法で行われるので、図中には示さない。内側に位置する第１コンポーネント１は中空体として形成され、この中空体は第２コンポーネント２に間隔をもって完全に取り囲まれている。第１コンポーネント１及び第２コンポーネント２は、回転軸Ｄを中心に回転可能であり、かつ互いにねじることができるように配置されている。
【００２３】
第１コンポーネント１及び第２コンポーネント２の間でねじりばね３が作用し、このねじりばねは、第１コンポーネント１と第２コンポーネント２の間に形成されている取り付け空間４に収容されている。取り付け空間４は半径方向において、外側輪郭５と内側輪郭６により画定されている。このとき、外側輪郭５は第２コンポーネント２の内面によって、内側輪郭６は第１コンポーネント１の外面によって形成されている。
【００２４】
さらに第１固定手段７を設けて、ばね３の第１末端部分９を第１コンポーネント１と連結し、また第２固定手段８を設けて、ばね３の第２末端部分１０を第２コンポーネント２と連結する。この場合、ばね３は、第１末端部分９及び第２末端部分１０の間で、実質上周方向に、第１コンポーネント１の周囲の一部に沿って延伸する。
【００２５】
図２及び３に示すように、外側輪郭５又は内側輪郭６にばね３が密着することによって、第１コンポーネント１及び第２コンポーネント２の間の最大ねじり角が制限される。図２では、ばね３が拡張された状態で示され、ばねは外側輪郭５に全面で密着している。図３では、ばね３が収縮された状態で示され、ばねは内側輪郭６に密着している。取り付け空間４の外側輪郭５と内側輪郭６は、それぞれ弧として形成され、これらの弧はほぼ全周にわたって延伸している。このとき、外側輪郭５と内側輪郭６は互いにずらして配置され、外側輪郭５の中心Ａと内側輪郭６の中心Ｉは互いに離れている。取り付け空間４の半径方向の幅は、周方向の場所によって異なる。この間隔は第２固定手段８の領域では比較的小さく、取り付け空間４のその反対側における部分では比較的大きい。
【００２６】
このとき、ねじりばねセットは、ばね３を内側輪郭６に密着するまで収縮した際に、内側輪郭６の中心Ｉが、回転軸Ｄ及びはめ込み固定された第２末端部分１０の中心Ｚを通って伸びる直線上又はこの直線に隣接する位置に配置されるように形成される（図３参照）。その際、内側輪郭６の中心Ｉは、回転軸Ｄ及びはめ込み固定された末端部分１０の間に位置する。
【００２７】
ばねが外側輪郭５に密着するまで拡張されると、外側輪郭５の中心Ａは、回転軸Ｄ及びはめ込み固定された第２末端部分１０の中心Ｚを通る直線上に位置するか、又はこの直線に隣接して位置する。このとき、外側輪郭５の中心Ａは、回転軸Ｄのもう一方の側、はめ込み固定された末端部分１０の反対側にある直線の部分上に位置する。
【００２８】
ここで第１固定手段７及び第２固定手段８は、これらがそれぞれ第１固定部１１及び１１’を備え、これらの固定部１１及び１１’が、第１コンポーネント１の第２固定部１２及び第２コンポーネント２の第２固定部１２’と共働して作用するように形成されている。ここで、第１固定部１１、１１’及び第２固定部１２、１２’は、形状により互いに連結されている。
【００２９】
第２固定手段８の場合、第１固定部１１’及び第２固定部１２’の連結は、第２末端部分１０が第２コンポーネント２に対して軸方向及び半径方向において固定されるように行われる。これは、固定具の脚部として形成されている第１固定部１１’を、第２固定部１２’により周方向において両側で形状により連結することにより達成される。
【００３０】
第１固定手段７は、第１コンポーネント１が第２コンポーネント２に対して相対的にねじれた際に、ばね３の第１末端部分９及び／又は第２末端部分１０が半径方向に動くように形成される。しかし図に示す実施形態の場合、半径方向の動きのみならず、回転中心Ｐを中心とした第１コンポーネント１に対する第１末端部分９の相対的なねじりももたらされる。
【００３１】
このとき、第１固定部７、８は、先端１３を備える固定具の脚部１４として形成され、第１固定部１１及び第２固定部１２は、第２コンポーネント２に対して第１コンポーネント１が相対的にねじれたとき、固定具の脚部１４がその先端１３を中心として回転するように形成されている。回転を容易にするため、固定具の脚部１４の先端１３には丸みがつけられ、この丸みが、第１コンポーネント１に形成されている固定部１１のくぼみに、関節のような状態で収容されている。
【００３２】
ここで、第１固定部７及び第２固定部８は、ばね３が拡張する場合には外側輪郭５に（図２参照）、ばね３が収縮する場合には第１コンポーネント１の内側輪郭６に、ばね３、特に第１末端部分９が特に完全に密着するように形成されている。この場合、固定具の脚部１４は、回転中心Ｐの周りで回転運動を行う。固定具の脚部１４の後方部分１５は、この脚部が第１固定手段７に対する保持部分１６に、わずかな遊びを持って密接し、これによってどちらの回転方向においても、ほとんど遊びのない力の伝達が可能となるように形成されている。このとき、固定部の脚部１４の後方部分１５と保持部分１６とは、回転中心Ｐを中心とする弧により形成される輪郭を有する。
【００３３】
第１末端部分９と第２末端部分１０の間のばね３の弧は３６０°より小さい。取り付け空間４の中には、ねじりばねセットの付加的な粘性減衰機能と潤滑機能を得るために、流体を収容することができ、このとき、ばね要素が局部的に半径方向に移動することによって、流体の再配分が自動的に行われる。
【００３４】
第１コンポーネント１と第２コンポーネント２は、鋼製の本質的に剛性の高い物体として形成され、ばね３は、特に同様に鋼製であるが、弾性を有するコンポーネントとして形成されている。
【００３５】
図４及び５の説明として、図１〜３の説明を参照されたい。同じ機能を有する部分には同一の参照番号を付してある。
【００３６】
図４及び５に示す実施形態の場合、合計４つのばね３、３’、３’’、３’’’が設けられている。この場合、ばね３及び３’が、２つのばねからなるばねの組み合わせ１７を形成する。ばね３及び３’は、平行に接続され、互いに並んで配置されて、回転軸Ｄを中心として角度１８０°移動した位置に配置されている。ばね３又は３’とともに、外側輪郭５又は５’及び内側輪郭６又は６’も、１８０°移動した位置に配置されている。これに対応して、第１コンポーネント１においても第２コンポーネント２においても階段状の断面が結果生じる。
【００３７】
同様のばねの組み合わせ１７’が、ばねの組み合わせ１７と、回転軸Ｄに対して垂直に延伸する平面Ｅに関する鏡像として並んで配置されている。したがって図４及び５に示す本発明の実施形態は、合計４つのばね３、３’、３’’、３’’’を備え、これらのばねは、回転軸Ｄに関して軸方向に互いに並んで配置されている。２つの外側のばね３及び３’’’は、その回転位置において等しく配置されている。しかし内側に位置するばね３’及び３’’は、どちらも対向する外側のばね３及び３’’’に対して、回転軸Ｄを中心として１８０°ねじれている。この場合、すべてのばねの共通の重心は回転軸Ｄ上に位置することになる。
【００３８】
図５には、図４に示す実施形態の横断面図を示す。ここでは、断面を示すばね３と、その後方に位置するばね３’（その位置の一部を点線で示す）が、互いに１８０°ねじれた位置に配置されていることが、よく示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
静止位置における本発明によるばねセットの横断面図である。
【図２】
第１の停止位置における図１のねじりばねセットの横断面図である。
【図３】
第２の停止位置における図１のねじりばねセットの横断面図である。
【図４】
本発明によるもう１つの実施形態におけるねじりばねの縦断面図である。
【図５】
図４のねじりばねセットの横断面図である。

Claims (14)

1. 特に自動車のパワートレーン用のねじりばねセットであって、内側に位置する第１コンポーネント（１）と、この第１コンポーネントに対してねじることができるように配置され、外側に位置する第２コンポーネント（２）と、当該第１及び第２コンポーネント（１、２）の間で作用するねじりばねとして形成されているばね（３）と、このばね（３）の第１末端部分（９）を前記第１コンポーネント（１）に連結する第１固定手段（７）と、このばね（３）の第２末端部分（１０）を前記第２コンポーネント（２）に連結する第２固定手段（８）とを備え、前記ばね（３）が、実質上周方向で、前記第１コンポーネント（１）の周囲の少なくとも一部に沿って延伸するものにおいて、
   前記第１及び第２固定手段（７、８）の少なくとも１つが、前記第１コンポーネント（１）が前記第２コンポーネント（２）に対して相対的にねじれた場合、前記第１及び／又は第２末端部分（９、１０）が半径方向に移動するように形成されていることを特徴とするねじりばねセット。
2. 前記ばね（３）が、外側輪郭（５）と内側輪郭（６）によって画定されている取り付け空間（４）に収容され、前記ばね（３）が前記外側輪郭（５）又は前記内側輪郭（６）上に配置されることにより、前記第１コンポーネント（１）及び前記第２コンポーネント（２）の間の最大ねじり角が制限される請求項１に記載のねじりばねセット。
3. 前記取り付け空間（４）の外側輪郭（５）及び／又は内側輪郭（６）が弧として形成されている請求項１又は２に記載のねじりばねセット。
4. 前記外側輪郭（５）及び／又は前記内側輪郭（６）が互いにずらされて配置されている請求項２又は３に記載のねじりばねセット。
5. 前記外側輪郭（５）及び前記内側輪郭（６）の各弧の中心（Ｉ、Ａ）が互いに隔置されている請求項３又は４に記載のねじりばねセット。
6. 前記ばね（３）が前記内側輪郭（６）に密着するまで収縮した場合に、前記内側輪郭（６）の中心（Ｉ）が、回転軸（Ｄ）及びはめ込み固定された末端部分（１０）の中心（Ｚ）を通る直線上又はこの直線に隣接する位置に配置されることとなる請求項５に記載のねじりばねセット。
7. 前記ばね（３）が前記外側輪郭（５）に密着するまで拡張した場合に、前記外側輪郭（５）の中心（Ａ）が、回転軸（Ｄ）及びはめ込み固定された末端部分（１０）の中心（Ｚ）を通る直線上又はこの直線に隣接する位置に配置されることとなる請求項５又は６に記載のねじりばねセット。
8. 前記固定手段（７、８）の少なくとも１つが、前記第１コンポーネント（１）が前記第２コンポーネント（２）に対して相対的にねじれた際、前記第１末端部分（９）及び／又は前記第２末端部分（１０）が回転中心（Ｐ）の周りでねじれるように形成されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のねじりばねセット。
9. 前記固定手段（７、８）の少なくとも１つが、ばね側の第１固定部（１１、１１’）を備え、当該第１固定部が、前記第１又は第２コンポーネントの第２固定部（１２、１２’）と共働して作用する請求項１〜８のいずれか１項に記載のねじりばねセット。
10. 前記第１固定部（１１、１１’）及び前記第２固定部（１２、１２’）が、形状により互いに連結されている請求項９に記載のねじりばねセット。
11. 前記第１固定部（１１、１１’）が、先端（１３）を有する固定具の脚部（１４）として形成され、前記第１固定部（１１、１１’）及び前記第２固定部（１２、１２’）が、前記第１コンポーネント（１）が前記第２コンポーネント（２）に対して相対的にねじれた際、前記固定具の脚部（１４）が前記先端（１３）を中心に回転するように形成されている請求項９又は１０に記載のねじりばねセット。
12. 前記ばね（３）が、前記第１コンポーネント（１）を中心とする角度３６０°よりも小さい角度にわたって延伸する請求項１〜１１のいずれか１項に記載のねじりばねセット。
13. ある個数のばね（３、３’、３’’、３’’’）からなるばねの組み合わせ（１７、１７’）を少なくとも１つ備え、前記ばね（３、３’、３’’、３’’’）が、平行に互いに並び、かつそれぞれ角度３６０°／ｎだけずれた位置に配置されている請求項１〜１２のいずれかに記載のねじりばねセット。
14. ばねの組み合わせ（１７、１７’）が２つ設けられ、これらのばねの組み合わせが、回転軸（Ｄ）を通る平面（Ｅ）に対して鏡面対称に、特に垂直に、配置されている請求項１３に記載のねじりばねセット。