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Die Erfindung betrifft ein geteiltes Schwungrad mit zwei gegeneinander begrenzt entgegen der Wirkung zumindest eines Energiespeichers verdrehbaren Schwungmassen, wobei eine der Schwungmassen als mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine wirksam verbundenes Eingangsteil und die andere Schwungmasse als mit einem Getriebebauteil verbindbares Ausgangsteil ausgebildet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind geteilte Schwungräder mit aus einer in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung, die beispielsweise Bogenfedern enthält, hinreichend bekannt. Hierbei dienen die Bogenfedern während eines Auftretens von Drehschwingungen als Zwischenspeicher für die Drehmomentspitzen, indem die eingangsseitige, primäre Schwungmasse gegenüber der ausgangsseitigen, sekundären Schwungmasse relativ verdreht und die Bogenfedern komprimiert werden. Bei abklingender Drehmomentspitze wird die in den Bogenfedern gespeicherte Energie wieder abgegeben, wodurch ein über das geteilte Schwungrad übertragener Drehmomentverlauf erzielt wird, der durch die Zwischenspeicherung der Drehmomentspitzen und deren Verlagerung zu kleineren Drehmomentwerten geglättet ist. Bei zunehmender Drehzahl werden dabei die Bogenfedern nach radial außen beschleunigt, so dass sich deren Windungen unter Reibung radial außen abstützen. Die gebildeten Reibmomente führen zu einer teilweisen Ausschaltung von Federwindungen mit einer Erhöhung der Gesamtsteifigkeit der Federeinrichtung sowie zu Lastwechselschlägen. Die Befettung des Reibkontakts zwischen den Federwindungen der Bogenfedern und den diesen radial abstützenden Bauteilen vorzugsweise der primären Schwungmasse ergibt dabei Vorteile.
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Weiterhin müssen bei modernen Brennkraftmaschinen die in der Regel höheren Drehmomente über die Federeinrichtung von der Primärschwungmasse zu der Sekundärschwungmasse übertragen werden. Starke Bauraumbegrenzungen lassen dabei eine Verlängerung der Federn der Federeinrichtung bei für das Drehmoment ausreichender Federrate nicht zu, so dass die Federrate weiter erhöht werden muss und die Eigenresonanz der geteilten Schwungräder in Drehzahlbereiche verlagert werden, die höher als die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegt.
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Zur weiteren Verbesserung der Isolationswirkung von geteilten Schwungrädern werden diese – wie beispielsweise aus der
DE 10 2006 028 556 A1 bekannt – mit Fliehkraftpendeln kombiniert, bei denen freie Pendel an einer der beiden Schwungmassen begrenzt verschwenkbar zur Erzielung einer drehzahladaptiven Schwingungstilgung angeordnet werden. Weiterhin zunehmende Maximalmomente moderner Brennkraftmaschinen bei kleineren Drehzahlen erfordern zur Zwischenspeicherung von Drehmomentspitzen mit hohem Absolutmoment bei kleinen Drehzahlen eine effektive Ausnutzung der zwischen den Schwungmassen wirksamen Energiespeichereinrichtung.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung von geteilten Schwungrädern insbesondere vor dem Hintergrund erhöhter übertragbarer Drehmomente bei immer geringer werdenden Drehzahlen.
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Die Aufgabe wird durch ein geteiltes Schwungrad mit zwei gegeneinander begrenzt entgegen der Wirkung zumindest eines Energiespeichers verdrehbaren Schwungmassen gelöst, wobei eine der Schwungmassen als mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine wirksam verbundenes Eingangsteil und die andere Schwungmasse als mit einem Getriebebauteil verbindbares Ausgangsteil ausgebildet und ein Energiespeicher aus einem unter Fliehkrafteinwirkung nach radial außen beschleunigten, gelenkig mit beiden Schwungmassen gekoppelten Pendel gebildet ist. Gegenüber einer Federeinrichtung zur Speicherung von mechanischer Energie können durch die Ausbildung eines gekoppelten Pendels im Fliehkraftfeld Energieinhalte von Drehmomentspitzen einer Brennkraftmaschine zumindest teilweise und effektiv in Form von potentieller Energie zwischengespeichert werden. Die Fliehkraft ändert sich dabei drehzahlabhängig und dadurch ändert sich auch drehzahlabhängig die Steifigkeit des geteilten Schwungrads. Mit zunehmender Drehzahl steigt daher die Steifigkeit. Das heißt, dass bei höheren Drehzahlen das geteilte Schwungrad bei gleichem Verdrehwinkel der Schwungmassen höhere Drehmomente übertragen und ein Mittelmoment moderner Brennkraftmaschinen ohne Resonanzprobleme der Eigenresonanz des geteilten Schwungrads abdecken kann.
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Als besonders vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, wenn das geteilte Schwungrad zumindest ein weiteres, freies Pendel aufweist. Dieses freie Pendel kann an dem gekoppelten Pendel gegenüber diesem begrenzt verschwenkbar angeordnet sein, wobei dieses als Fliehkraftpendel wirksam ist. Ein derart ausgebildetes Doppelpendel aus gekoppeltem und freiem Pendel kann die Abstimmbarkeit sowie der Wirksamkeit eines geteilten Schwungrads weiter steigern.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das gekoppelte Pendel verschwenkbar an der sekundären Schwungmasse angeordnet und wird von dem primären Schwungrad angetrieben. Hierbei kann ein Aufhängepunkt des freien Pendels radial außerhalb eines Aufhängepunkts des gekoppelten Pendels angeordnet sein. Weiterhin kann ein Aufhängepunkt des freien Pendels radial innerhalb einer Drehmitnahme des gekoppelten Pendels durch die primäre Schwungmasse angeordnet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein freies Pendel begrenzt verschwenkbar an einer der beiden Schwungmassen angeordnet sein. Insbesondere zur Abstützung von Momenten bei sehr geringen Drehzahlen, bei denen die Fliehkrafteinwirkung auf das oder die Pendel noch sehr gering ist, beispielsweise aus einer Bewegung aus dem Stillstand des geteilten Schwungrads heraus kann eine weitere Einrichtung zur Speicherung von Energie, beispielsweise eine Federeinrichtung mit über den Umfang verteilten und in Umfangsrichtung wirksamen Federelementen wie Schraubenfedern vorgesehen werden, die bezüglich ihrer Steifigkeit entsprechend weich ausgebildet sein können. Diese können bei zunehmender Drehzahl beispielsweise überbrückt werden oder auf Block gehen, so dass deren reibungsbehaftete Wirkung ausgeschaltet wird und lediglich das gekoppelte Pendel beziehungsweise das Doppelpendel wirksam ist.
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Das gekoppelte Pendel beziehungsweise ein aus einem freien Pendel und dem gekoppelten Pendel gebildete Doppelpendel wird vorteilhafterweise zur Vermeidung von Unwuchten des geteilten Schwungrads aus mehreren über den Umfang angeordneten, auf jeweils einem Aufhängepunkt angeordneten Pendelmassen gebildet. Derartige Pendelmassen können an einer Schwungmasse in Umfangsrichtung begrenzt verschwenkbar aufgenommen sein und jeweils separat oder bei entsprechender Koppelung mittels einer zentralen Gelenkverbindung wie Koppelstange von der anderen Schwungmasse mitgenommen werden. In ähnlicher Weise kann das freie Pendel aus mehreren über den Umfang angeordneten Pendelmassen gebildet sein, die an jeweils einem Pendelpunkt aufgehängt sind.
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Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines geteilten Schwungrads mit einem Doppelpendel in Ruhestellung,
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2 das geteilte Schwungrad der 1 bei ausgelegtem Doppelpendel
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3 eine schematische Darstellung eines geteilten Schwungrads mit zusätzlicher Federeinrichtung und
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4 ein weiteres geteiltes Schwungrad mit einem gekoppelten Pendel und einer Federeinrichtung in schematischer Darstellung.
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1 zeigt in schematischer Darstellung das geteilte Schwungrad 1 mit der primären Schwungmasse 2 und der sekundären Schwungmasse 3, die aufeinander verdrehbar gelagert und gegeneinander begrenzt um die Drehachse 4 verdrehbar sind. An dem Aufhängepunkt 5 wie Drehpunkt ist das gekoppelte Pendel 6 verdrehbar wie verschwenkbar gegenüber der sekundären Schwungmasse 3 aufgenommen und mittels der Gelenkverbindung 7 wie Koppelstange 8 an dem Gelenkpunkt 10 wie Drehpunkt mit dem Hebel 9 der primären Schwungmasse 2 an dem Gelenkpunkt 11 wie Drehpunkt gekoppelt. Radial außerhalb des Aufhängepunkts 5 und radial innerhalb des Gelenkpunkts 10 des gekoppelten Pendels 6 ist mittels des Aufhängepunkts 12 das freie Pendel 13 verschwenkbar an dem Pendel 6 aufgehängt.
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Das geteilte Schwungrad 1 ist in einer konstruktiven Ausführungsform so ausgebildet, dass die Massen der Pendel 6, 13 über den Umfang gleichmäßig verteilt sind und damit keine Unwucht ausbilden. Hierzu können die Pendel 6, 13 in Pendelteile mit mehreren über den Umfang verteilten Pendelmassen ausgebildet sein. Bei einer lastfreien und gleichförmigen Verdrehung des geteilten Schwungrads um die Drehachse 4 richten sich die Massen entlang des um die Drehachse nach radial außen gerichteten Fliehkraftfelds aus, das heißt, die Pendel 6, 13 sind in Linie mit maximaler Pendellänge nach radial außen ausgerichtet.
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2 zeigt das geteilte Schwungrad 1 der 1 unter Last mit ausgelenkten Pendeln 6, 13. Hierbei wird die primäre Schwungmasse 2 in Richtung des Pfeils 14 mit einem Drehmoment angetrieben, die sekundäre Schwungmasse 3 wird mit einem Gegenmoment belastet. Infolgedessen werden die Schwungmassen 2, 3 gegeneinander relativ verdreht und die Pendel 6, 13 entgegen der wirksamen Fliehkraft ausgelenkt. Sie speichern daher potentielle Energie, die von der Drehzahl abhängt. Ist das die primäre Schwungmasse 2 beaufschlagende Drehmoment drehschwingungsbehaftet, wirkt insbesondere die Pendelmasse des Pendels 13 als Fliehkraftpendel und tilgt entsprechende Drehschwingungen. Das über die Schwungmassen zu übertragende Drehmoment wird im Wesentlichen durch die Pendelmasse des Pendels 6 abgestützt.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung des geteilten Schwungrads 1a mit den gegeneinander relativ verdrehbaren Schwungmassen 2a, 3a. An der primären Schwungmasse 2a ist mittels der Gelenkverbindung 7a das gekoppelte Pendel 6a verschwenkbar angeordnet, das mittels des Hebels 9a an dem Gelenkpunkt 10a von der sekundären Schwungmasse 3a mitgenommen wird, wenn die beiden Schwungmassen gegeneinander verdreht werden. Das freie Pendel 13a ist im Gegensatz zu dem freien Pendel 13 der 1 direkt an der sekundären Schwungmasse 3a mittels des Aufhängepunkts 12a verschwenkbar aufgenommen. Zwischen den beiden Schwungmassen 2a, 3a ist ein zusätzlicher Energiespeicher in Form der in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung 15 angeordnet, der bei sehr kleinen Drehzahlen bei noch nicht ausreichend ausgebildeter Fliehkraft die elastische Drehmitnahme der sekundären Schwungmasse 3a gegenüber der primären Schwungmasse 2a absichert.
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4 zeigt in schematischer Darstellung das geteilte Schwungrad 1b mit der primären Schwungmasse 2b und der gegenüber dieser begrenzt entgegen der Wirkung der im Wesentlichen der Federeinrichtung 15 der 3 entsprechenden Federeinrichtung 15a verdrehbaren sekundären Schwungmasse 3b. Das zwischen den Schwungmassen 2b, 3b wirksam angeordnete gekoppelte, und jeweils an den Gelenkpunkten 5a, 11a aufgehängte Pendel 6b mit den jeweils den Schwungmassen 2b, 3b zugeordneten Pendelmassen 16, 17 bildet zwischen diesen den Aufhängpunkt 12b für das freie Pendel 13b und nimmt dieses verschwenkbar entsprechend der Anordnung der 1 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- geteiltes Schwungrad
- 1a
- geteiltes Schwungrad
- 1b
- geteiltes Schwungrad
- 2
- Schwungmasse
- 2a
- Schwungmasse
- 2b
- Schwungmasse
- 3
- Schwungmasse
- 3a
- Schwungmasse
- 3b
- Schwungmasse
- 4
- Drehachse
- 5
- Aufhängepunkt
- 5a
- Gelenkpunkt
- 6
- Pendel
- 6a
- Pendel
- 6b
- Pendel
- 7
- Gelenkverbindung
- 7a
- Gelenkverbindung
- 8
- Koppelstange
- 9
- Hebel
- 9a
- Hebel
- 10
- Gelenkpunkt
- 10a
- Gelenkpunkt
- 11
- Gelenkpunkt
- 11a
- Gelenkpunkt
- 12
- Aufhängpunkt
- 12a
- Aufhängepunkt
- 12b
- Aufhängepunkt
- 13
- Pendel
- 13a
- Pendel
- 13b
- Pendel
- 14
- Pfeil
- 15
- Federeinrichtung
- 15a
- Federeinrichtung
- 16
- Pendelmasse
- 17
- Pendelmasse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028556 A1 [0004]
