JP2011522190A - 半径方向に配置されるワイヤークッション体を具備したデュアルマスフライホイール - Google Patents

Abstract

第１の質量体（２）ならびに第２の質量体（３）を有しており、前記両質量体（２，３）が、前記第１の質量体（２）と前記第２の質量体（３）との間に配置される減衰機構を介して互いに対して回転可能であり、また前記減衰機構が、前記第１の質量体（２）および前記第２の質量体（３）に構成された当接面（９）を介して、前記両質量体（２，３）にばね力を導入するようになっている、少なくとも一つの円弧状に延びる圧縮コイルばね（５）を有しており、また前記圧縮コイルばね（５）が、一方の質量体（２，３）により形成される一つの壁面（２１）を利用して半径方向に案内されており、さらに前記壁面（２１）と前記圧縮コイルばね（５）との間に、摩擦を低減する少なくとも一つの摺動部品が備えられている、デュアルマスフライホイールにおいて、摺動部品としてワイヤークッション体（２２，２３）を備えたデュアルマスフライホイールが提案される。

Description

本発明は、第１の質量体ならびに第２の質量体を有しており、これらの質量体が、第１の質量体と第２の質量体との間に配置される減衰機構を介して互いに対して回転可能であり、また減衰機構が、第１および第２の質量体に構成された当接面を介して、これらの質量体にばね力を導入するようになっている、少なくとも一つの円弧状に延びる圧縮コイルばねを有しており、またこの圧縮コイルばねが、一方の質量体により形成される一つの壁面を利用して半径方向に案内されており、さらにこの壁面と圧縮コイルばねとの間に、摩擦を低減する少なくとも一つの摺動部品が備えられている、デュアルマスフライホイールに関する。

この種のデュアルマスフライホイールは、自動車の動力伝達経路において使用できるものである。この動力伝達経路は、エンジン、変速機、および車両から成るために、エンジンにより励起された振動は、駆動装置の他のコンポーネントにも波及してしまう。そこで、動力伝達経路の振動挙動を改善し、それにより騒音挙動も改善するために、デュアルマスフライホイールが使用されることになるが、これは、例えばエンジンのクランクシャフトに剛結されるとよいプライマリマス、すなわち第１の質量体と、第１の質量体に対して相対回転可能なセカンダリマス、すなわち第２の質量体とを有している。第１および第２の質量体は、減衰機構を介して、ねじり弾性を示すように互いに接続されるようになっている。

この種のデュアルマスフライホイールの一例が、例えば特許文献１に基づき知られるようになっている。この公知であるデュアルマスフライホイールの質量体は、複数の圧縮コイルばねを介して、厳密にはそれぞれの質量体に設けられた当接面を介して、互いに支持し合うようになっている。

そこでは、この公知であるデュアルマスフライホイールが、重量節減のために、圧縮コイルばねの収容空間を構成している薄板部品が薄肉に構成されて、圧縮コイルばねが薄板部品に対してスライダを介して支持されるように、構成されている。またその際には、押付け力の薄板部品への導入が、フランジ状に構成された付勢用構成部品を介して行われるようになっている。圧縮コイルばねと薄板部品間のスライダにより、稼動時にばね端部が薄板部品を貫通しないことが達成されるとしている。

これは換言すれば、圧縮コイルばねと、圧縮コイルばねを案内する壁面間の摩擦低減をもたらすとされる、スライダの形態をとる追加構成部品が存在することを意味している。すなわち、これらの圧縮コイルばねは、デュアルマスフライホイールの回転角速度が高いときには、壁面に対して高い遠心力で押し付けられことになる、質量がついてまわる構成部品となっている。

この高い遠心力のせいで、圧縮コイルばねを案内する通路内に存在する潤滑剤は、圧縮コイルばねと壁面間の接触領域から押し出され、その結果、壁面と圧縮コイルばね間の摩擦が増大し、ついには圧縮コイルばねが、まるで剛体要素であるかのような挙動を呈し、それにより車両の駆動エンジンとドライブトレイン間の所望される音響の非連成状態がもはやもたらされないことになる。

上述の公知であるデュアルマスフライホイールに存在するスライダは、プラスチック材料から製造されるが、プラスチック材料は、圧縮コイルばねと壁面間の相対運動のせいで、言うなればすり減ってしまうが、それにより、その摩擦低減機能をもはや果たすことができなくなる。ほかにも、この公知であるデュアルマスフライホイールに存在する多数のスライダは、このデュアルマスフライホイールに、かなりの望ましくないコストアップを来たしている。

ドイツ特許出願公開第１０２００７００３０４７号

以上のような背景から、本発明が解決しようとする課題は、圧縮コイルばねと壁面間の摩擦低減機能が、稼働時間が長期にわたっても維持され続け、それによりエンジンとドライブトレイン間の音響非連成状態が確保され続けるように、この種のデュアルマスフライホイールをさらに改良発展させることにある。

この課題を解決するために、本発明は請求項１に記載の各特徴を有している。その有利な構成形態については、他の請求項に説明されている。
本発明は、第１の質量体ならびに第２の質量体とを有しており、これらの質量体が、第１の質量体と第２の質量体との間に配置される減衰機構を介して互いに対して回転可能であり、また減衰機構が、第１および第２の質量体に構成された当接面を介して、これらの質量体にばね力を導入するようになっている、少なくとも一つの円弧状に延びる圧縮コイルばねを有しており、またこの圧縮コイルばねが、一方の質量体により形成される一つの壁面を利用して、半径方向に案内されており、さらにこの壁面と圧縮コイルばねとの間に、摩擦を低減する少なくとも一つの摺動部品が備えられている、デュアルマスフライホイールにおいて、摺動部品として、一つのワイヤークッション体を備えることを企図したものである。

それにより、上述の公知であるデュアルマスフライホイールのプラスチック材料から成るスライダと比べて、負荷容量が格段と大きい構造がもたらされることになる。遠心力がかかる圧縮コイルばねは、壁面にもはや直接当接することはなく、むしろ少なくとも圧縮コイルばねの長手方向に沿って部分的に、ワイヤークッション体を間に挟んで当接するようになっている。

このワイヤークッション体は、一定の減衰効果を有しているが、この減衰効果は、ワイヤークッション体がどの向きに高密度または低密度で充填されているかに応じて異なるように設計されるとよい。例えばワイヤークッション体は、圧縮コイルばねの長手方向および／または半径方向に、弾性を示すように構成されるとよい。ワイヤークッション体は空隙を有しているが、その中に、グリースまたはその類の形態をとる潤滑剤が貯蔵されるようにするとよい。

ワイヤークッション体は、その減衰効果により、圧縮コイルばねに遠心力が加わる際には、デュアルマスフライホイールの縦軸に関して半径方向に圧縮されることにはなるが、しかし、ワイヤークッション体の半径方向のばね剛性が相応に選定されている場合には、空隙が確保され続けるために、ワイヤークッション体とデュアルマスフライホイールの壁面間に存在する潤滑剤も、そのまま保持されることになる。ワイヤークッション体は、この壁面に面同士で当接するために、ワイヤークッション体と壁面間の面圧は、圧縮コイルばねが壁面に直接当接する場合の圧縮コイルばねの各巻線と壁面間の面圧よりも、著しく小さくなっている。

ほかにもワイヤークッション体を構成する際には、ワイヤークッション体のマトリックス構造の内部に固体潤滑剤が取り込まれて貯蔵されるように配慮することで、デュアルマスフライホイールの回転角速度が高いときにも、ワイヤークッション体と壁面間の接触領域に、固体潤滑剤が存在し続けるようにして、それにより、本発明にしたがったデュアルマスフライホイールの稼動期間が長期に及んでも、摩擦低減効果が維持され続けるようにするとよい。

このワイヤークッション体は、プレス工程を利用して一定の形状に圧縮される、ワイヤーニット製のクッション体であるとよい。ワイヤークッション体は、一つの軸または巻枠に、何層にも巻き取られた巻取パッケージから成るワイヤークッション体であってもよい。この場合は、ワイヤーに、これを巻取工程にかける前に、少なくともその長さの幾つかの部分セグメント内または区間内で、予備成形が施されることになるが、その結果、個々のワイヤー区間は、同じ一つの層の中でも、また層と層の間でも、未成形のワイヤーが絡み合う場合と比べて、格段と良好かつ強力に絡み合うようになり、またそれにより、未成形のワイヤーから成るワイヤークッション体に対して、負荷容量が格段と増大されたワイヤークッション体がもたらされることになる。

本発明の展開構成例においては、その際にワイヤークッション体が、圧縮コイルばねの長手方向および／または半径方向に弾性を示すように構成されるようにしている。ワイヤークッション体の半径方向への充填密度に比例した、ワイヤークッション体の半径方向への剛性の増大が達成されるようにするとよい。それにより例えば、ばねとワイヤークッション体間の相対運動が、ワイヤークッション体とデュアルマスフライホイールの壁面間の相対運動よりも大きくなるような構造も可能となる。

圧縮コイルばねが減衰運動を行う際には、圧縮コイルばねとワイヤークッション体間の半径方向内側に位置する接触領域が、ワイヤークッション体と減衰運動を共にする、すなわち言うなれば、この領域においてはワイヤークッション体の減衰運動が吸収される一方で、圧縮コイルばねとデュアルマスフライホイールの壁面間の半径方向外側に位置する領域においては、相対運動がもはや行われないように、または行われるとしてもごく僅かな量にとどまるように、ワイヤークッション体が、圧縮コイルばねの長手方向にも弾性を示すように構成されるとよい。

すなわちそのような構造では、圧縮コイルばねがほぼ自由に運動可能であるように配慮されており、それにより圧縮コイルばねの硬直化が回避され、したがって所望される音響非連成状態が確保され続けることになる。

本発明にしたがった実施形態の一例においては、ワイヤークッション体が、長く延伸されたインサートシートとして、圧縮コイルばねの長さの少なくとも一つの部分領域と壁面との間に配置されるようにしている。これは換言すれば、ワイヤークッション体により、圧縮コイルばねの長さの幾つかの部分領域と壁面間だけが、互いから切り離されるだけで、すでに十分であり得ることを意味している。もっとも本発明によれば、ワイヤークッション体を、インサートシートとして、圧縮コイルばねと壁面間に、円弧状に構成された圧縮コイルばねの全長に沿って配置することも予定されている。

本発明にしたがった別の実施形態においては、ワイヤークッション体が、圧縮コイルばねを少なくともその長さの一つの部分領域に沿って包み込む、ストッキング状物として構成されるようにしている。それにより圧縮コイルばねは、厳密にはその長さの少なくともこの部分領域のところで、言うなれば、ストッキング状物として構成されるワイヤークッション体の内部で延びることになる。もっとも本発明によれば、ストッキングの形態をとるワイヤークッション体により、圧縮コイルばねをその全長に沿って完全に包み込むことも予定されている。

本発明の別の展開構成例においては、ワイヤークッション体が、当接面と対向している方の端部の領域に、ワイヤークッション体と一体式に構成される、またはそれに隣接して配置されるワイヤークッションばね受け台を有しているが、このワイヤークッションばね受け台は、圧縮コイルばねの一方のばね端部とこの当接面との間に備えられて、このワイヤークッションばね受け台を介して、遠心力が当接面に入力されるようにしている。

すなわちこのワイヤークッションばね受け台は、例えばワイヤークッション体の端部のところに、これをはめ込むことができるようにするとよい、または、ワイヤークッション体の製造時に、ワイヤークッション体と一緒に構成されるようにしてもよい。そこではこのワイヤークッションばね受け台により、デュアルマスフライホイールの当接面の摩耗低減がもたらされ、ひいてはデュアルマスフライホイールの耐用寿命の延長がもたらされるようにしている。

それにより、ほかにも当接面の小型化が可能となるが、なぜならば、ワイヤークッション体は、圧縮コイルばねのばね端部とは対照的に、当接面上に面同士で接するように載置されるために、当接面にかかる面圧が低減されるからである。これは、当接面の小型化にも利用することができるが、それにより、各構成部品の寸法諸元についても小型化が可能となり、ひいては重量面でもメリットが達成されることになる。

このワイヤークッションばね受け台は、ばね端部に対して、または当接面に対して、距離をおいて備えられるようにしてもよいが、それにより、当初は圧縮コイルばねの比較的自由な可動性が達成され、その後、予め定められたばねストロークに達して初めて、圧縮コイルばねのばね端部とワイヤークッションばね受け台間の接触が達成されることになる。一般に、ばね端部と当接面との間にこのワイヤークッションばね受け台を備えることにより、公知であるデュアルマスフライホイールに対して、本発明にしたがったデュアルマスフライホイールの振動絶縁状態の改善を達成し、ひいては音響挙動の改善を達成することができる。

本発明のさらに別の展開構成例においては、ワイヤークッション体が、機能的に直列または並列に配置される、少なくとも二つのワイヤークッションセグメント体により構成されるようにしている。

その時々の用途にとり、いずれの構造が望ましいかにもよるが、直列接続により、ワイヤークッション体のソフトな構造が達成される一方で、並列接続により、ピッチが粗いばねの特性を備えたワイヤークッション体、すなわちハードなワイヤークッション体を作製することができる。

本発明の別の展開構成例にしたがって、ワイヤークッション体の作用方向に沿って、ばねレートが線形、または漸増式、または漸減式に変化するように、ワイヤークッション体が構成されるようにしてもよい。そのような可変式ばねレートを持つ構造は、例えばワイヤークッション体の製造時に、ワイヤークッション体を、所定数の空隙を持たせて、構成することにより、達成することができるが、空隙の数に応じて、よりソフトな構造や、それほどソフトではない構造がもたらされることになる。漸増式ばねレートの方が有利となり得るのは、例えば、当初は、ワイヤークッション体のばねストロークに比例した弾性挙動がもたらされ、その後、所定のばねストロークに達した後に、ばね特性曲線が右肩上がりとなり、それによりワイヤークッション体のよりハードな挙動が達成されることが所望される場合である。

ワイヤークッション体は、さまざまな金属材料、セラミックス材料、またはガラス状の材料、ポリマー、あるいはそれらの混合物から作製されるとよい。ワイヤークッション体は、硬さが異なる複数の金属材料から作製されてもかまわない。それにより、ワイヤークッション体が、軟質の金属材料から成る第１の接触領域と、これに続く硬質の金属材料から成る第２の接触領域とを有する構造が実現されるが、それにより、例えば線形のばねレートとは異なる構造が実現されることになる。

本発明にしたがって、デァアルマスフライホイールに備えられるワイヤークッション体は、潤滑剤が埋められる空隙を有しているとよい。ほかにもワイヤークッション体は、貯蔵される固体潤滑剤から成る複数の部分を有していてもよいが、そのいずれによっても、ワイヤークッション体とデュアルマスフライホイールの壁面間の摩擦が低い値にとどまり、それにより圧縮コイルばねの硬直化が予防されることになる。

以下では、本発明を図に基づいて説明する。

本発明にしたがったデュアルマスフライホイールを示す略図である。

本発明にしたがったデュアルマスフライホイール１は、第１の質量体２、ならびに、これに対して相対回転可能な第２の質量体３を有している。第１の質量体２と第２の質量体３との間には、円弧状に構成された圧縮コイルばね５を収容するための収容室４が備えられている。

第１の収容室６内に配置される圧縮コイルばね５は、第２の質量体３に構成された当接面９に直接、すなわち、ワイヤークッションばね受け台を間に挟まずに、支持されている。これについて、この図は、デュアルマスフライホイールのすべての当接面に、必ずしもワイヤークッションばね受け台が備えられる必要がないことを示すために、選ばれたものである。

第１の収容室６内の圧縮コイルばね５のばね端部１０は、第２の質量体３の当接面９に対して距離をおいているように図示されているにもかかわらず、ここには直接的な接触部が存在してもかまわない。

第１の収容室６内に備えられる圧縮コイルばね５は、それとは反対側のばね端部１１により、ワイヤークッションばね受け台１２に支持されており、またこのワイヤークッションばね受け台１２は、そのばね端部１１とは反対側の面で、第１の質量体２の当接面１３に支持されている。

ばね端部１１と当接面１３との間にワイヤークッションばね受け台１２が配置されることにより、過負荷が加わるケースで、ばね端１１が当接面１３に食い込む怖れがあり、これを損傷することを回避している。

第２の収容室７内に配置される圧縮コイルばね５もまた、第２の質量体３の当接面１４に直接支持されている。第２の収容室７内の圧縮コイルばね５のそれとは反対側のばね端部１５のところでは、ワイヤークッションばね受け台１２がこのばね端部１５に、厳密には第１の質量体２の当接面１６に対して距離をおいて、直接固定されている。それにより、ワイヤークッションばね受け台１２が当接面１６との接触状態に入る前に、ワイヤークッションばね受け台１２の当接面１６と対向した当接面と、当接面１６との間の距離に相当する、角運動の可能性（Drehwinkeldrehbarkeit）を達成している。

第３の収容室８内にも同様に、圧縮コイルばね５が備えられている。これもまた、第１の質量体２の当接面１７との直接接触状態に入ることができるようになっているが、これは、選択された図についていえることであって、第３の収容室８内の圧縮コイルばね５の、当接面１７と向き合ったばね端部１８のところにも同様に、ワイヤークッションばね受け台が備えられてもかまわない。

第２の質量体３の、このばね端部１８とは反対側に位置している当接面１９にも、ワイヤークッションばね受け台１２が備えられて、厳密には当接面１９に直接結合されている。そこではこのワイヤークッションばね受け台１２が、ばね端部２０に対して距離をおくことによって、第１の質量体２と第２の質量体３が互いに支持し合うようになる前に、両者間の回転角が相応に変化できるようにしている。

さてここで、図示されるデュアルマスフライホイール１が高い回転角速度を受けるとすると、圧縮コイルばね５は、収容室４の壁面２１に対して、大きな力で押し付けられることになる。このときに圧縮コイルばね５が、壁面２１に対して、そのような力で押し付けられることによって、圧縮コイルばね５の減衰運動がもはや不可能となる事態を回避するために、それぞれの圧縮コイルばね５とデュアルマスフライホイール１の壁面２１との間には、圧縮コイルばね５と壁面２１間の直接接触を回避するワイヤークッション体２２が備えられている。

これについて、図には、第２の収容室７内に、そこに備えられている圧縮コイルばね５の長さの一部に沿って延びているワイヤークッション体２２が示されている。これは、壁面２１と圧縮コイルばね５との間に、長く延伸されたインサートシートとて備えられている。ここで、圧縮コイルばね５１が減衰運動を行うとすると、ワイヤークッション体２２も同時に、圧縮コイルばね５の円弧方向に減衰運動を行うことになる。このため圧縮コイルばね５は、十二分に自由に減衰運動を行うことができる。

第１の収容室６内には、圧縮コイルばね５が、ワイヤークッションばね受け台１２と一緒に、ストッキング状物として圧縮コイルばね５とワイヤークッションばね受け台１２とを完全に包み込むようになっているワイヤークッション体２３の内部に収まっている。

ストッキング状物として構成されたワイヤークッション体のそのような構造は、例えば第３の収容室８内にも、またはすべての収容室内にも、備えられるようにしてもよい。この場合はワイヤークッション体２３が、半径方向、すなわち壁面２１に向かう方向にも、また圧縮コイルばね５の長手方向にも、減衰効果を発揮するように構成されることになる。

ワイヤークッション体２３は、これがストッキング状物として存在する場合は、圧縮コイルばねとの当接領域に円環体のような輪郭形状を有することになるが、これには、ワイヤークッション体が、圧縮コイルばねに対して自動的に心出しされ、それにより本発明にしたがったデュアルマスフライホイールのハウジング壁面への固定を廃止できるという長所がある。

したがって、本発明にしたがったデュアルマスフライホイールは、全耐用期間にわたり傑出したトライボロジー特性を有しており、また、上述の公知であるデュアルマスフライホイールのプラスチック製摺動部品を廃止することができるために、これらの公知であるデュアルマスフライホイールよりも耐摩耗性に大幅に優れることを特色としている。

ついでながら、上記の説明において、細部の詳しい説明がなされなかった本発明の特徴については、特許請求の範囲および図面を参照するよう、ここに明記しておく。

１ デュアルマスフライホイール
２ 第１質量体
３ 第２質量体
４ 収容室
５ 圧縮コイルばね
６ 第１収容室
７ 第２収容室
８ 第３収容室
９ 当接面
１０ ばね端部
１１ ばね端部
１２ ワイヤークッションばね受け台
１３ 当接面
１４ 当接面
１５ ばね端部
１６ 当接面
１７ 当接面
１８ ばね端部
１９ 当接面
２０ ばね端部
２１ 壁面
２２ ワイヤークッション体
２３ ワイヤークッション体

Claims (13)

1. デュアルマスフライホイールであって、第１の質量体（２）と第２の質量体（３）を有しており、両質量体が、前記第１の質量体（２）と前記第２の質量体（３）との間に配置された減衰機構を介して互いに対して回転可能であり、また前記減衰機構が、前記第１の質量体（２）と前記第２の質量体（３）に構成された当接面（９）を介して、前記両質量体（２，３）にばね力を導入するようになっている、少なくとも一つの円弧状に延びる圧縮コイルばね（５）を有しており、また前記圧縮コイルばね（５）が、一方の質量体（２，３）により形成された壁面（２１）を用いて半径方向に案内されており、さらに前記壁面（２１）と前記圧縮コイルばね（５）との間に、摩擦を低減する少なくとも一つの摺動部品が備えられている、デュアルマスフライホイールにおいて、摺動部品としてワイヤークッション体（２２，２３）が備えられることを特徴とする、デュアルマスフライホイール。
2. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、前記圧縮コイルばね（５）の長手方向および／または半径方向に弾性であるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のデュアルマスフライホイール。
3. 前記ワイヤークッション体（２２）が、長く延伸したインサートシートとして、前記圧縮コイルばね（５）の長手方向の少なくとも一つの部分領域と前記壁面（２１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のデュアルマスフライホイール。
4. 前記ワイヤークッション体（２３）が、前記圧縮コイルばね（５）を少なくともその長さの部分領域に沿って包み込むストッキング状物として構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のデュアルマスフライホイール。
5. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、一つの当接面（９）と対向する端部の領域に、前記ワイヤークッション体（２２，２３）と一体式に構成されるか、それに隣接して配置されるワイヤークッションばね受け台（１２）を有しており、前記ワイヤークッションばね受け台（１２）が、前記圧縮コイルばね（５）のばね端部（１５）と前記当接面（９）との間に備えられ、さらに前記ワイヤークッションばね受け台（１２）を介して前記当接面（９）へのばね力の導入が行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のデュアルマスフライホイール。
6. 前記ワイヤークッションばね受け台（１２）が、前記ばね端部に対して、または前記当接面に対して、距離をおいて備えられていることを特徴とする、請求項５に記載のデュアルマスフライホイール。
7. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、機能的に直列または並列に配置される少なくとも二つのワイヤークッションセクダメント体により形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のデュアルマスフライホイール。
8. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、その作用方向に沿ってばねレートが線形、または漸増式、または漸減式に変化するように構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のデュアルマスフライホイール。
9. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、その作用方向に沿って密度が異なる複数の領域を備えて構成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデュアルマスフライホイール。
10. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、金属材料、セラミック材料、ガラス状の材料、ポリマー、またはそれらの混合物から作製されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデュアルマスフライホイール。
11. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、硬さが異なる複数の金属材料から作製されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデュアルマスフライホイール。
12. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、潤滑剤が埋められる空隙を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデュアルマスフライホイール。
13. 前記ワイヤークッション体（２２，２３）が、貯蔵される固体潤滑剤から成る複数の部分を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のデュアルマスフライホイール。

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