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Die Erfindung betrifft eine Schwungradanordnung, die eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, sowie ein Schwungrad umfasst, welches mittels zumindest eines elastisch verformbaren Elementes mit der Kurbelwelle verbunden ist, und die dazu dient, einer axialen Verlagerung einer Schwungmasse des Schwungrades, beispielsweise aufgrund eines Kupplungsvorganges, einen Verformungswiderstand als Rückstellkraft entgegenzusetzen.
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In der Praxis werden vielfach Schwungradanordnungen für eine Brennkraftmaschine eingesetzt, bei der ein Schwungrad direkt mit einer Kurbelwelle verbunden ist, wobei die Masse des Schwungrades zur Reduzierung der Drehungleichförmigkeit dient, die in einer Drehrichtung der Schwungradanordnung aufgrund periodisch auftretender Drehmomentänderungen erzeugt wird.
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Infolge der üblicherweise starren Anbindung des Schwungrades an die Kurbelwelle werden jedoch auch deren Bewegungen und innere Verformungen auf das Schwungrad übertragen, was sich in Biegeschwingungen und Taumelbewegungen des Schwungrades äußert und mit einer unerwünschten Geräuschentwicklung einhergeht, die von den Fahrzeuginsassen als störend empfunden wird.
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Zur Vermeidung solcher akustischer Probleme, die vor allem durch die Taumelbewegung des Schwungrades entstehen, ist in der Praxis bereits eine Schwungradanordnung vorgeschlagen worden, bei der das Schwungrad mit der Kurbelwelle über eine elastische oder flexible Platte verbunden ist und dadurch eine Entkopplung des Schwungrades von Biege- und Taumelbewegungen erfolgt.
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Die elastische Platte besitzt eine Steifigkeit in ihrer Drehrichtung, die groß genug für eine wirksame Übertragung des Drehmomentes von der Kurbelwelle auf die Schwungmasse ist, während die elastische Platte eine Steifigkeit in axialer Richtung klein genug für ein Verschieben einer Resonanzfrequenz der Biegeschwingung außerhalb eines Frequenzbandes einer verstärkten Vibration besitzt, die während der im Betrieb am meisten auftretenden Motordrehzahlen entstehen, um so die unerwünschte Geräuschentwicklung zu reduzieren.
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Aus der
DE 103 03 561 A1 ist ein flexibles Schwungrad für eine Kupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem biegsamen Blech bekannt, das endseitig an einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors befestigt ist und das eine fest mit dem äußeren Umfang des biegsamen Bleches verbundene ringförmige Schwungmasse aufweist.
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Weiterhin ist auch in der
JP 61-233240 A eine Schwungradanordnung beschrieben, die ein das Drehmoment übertragendes elastisches Element zur Verbindung der Kurbelwelle mit der Schwungmasse aufweist.
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Als nachteilig beim Stand der Technik hat es sich bereits erwiesen, dass die Steifigkeit des elastischen Elementes in der axialen Richtung aufgrund der funktional erforderlichen Biegeelastizität des Elementes oftmals gering ist, sodass aufgrund des Kupplungshubes bei der Kupplungsbetätigung eine Axialverformung auftritt, was zu einem verzögerten Ansprechverhalten des Kupplungseingriffs- und -lösevorganges führt. Insbesondere werden der nutzbare Auskuppelweg und der Freigang des Schwungrades reduziert. Hierdurch kann es zu einem Fehlverhalten bei der Kupplungsbetätigung kommen.
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Andererseits reduziert sich bei einer erhöhten axialen Steifigkeit des elastischen Elementes zugleich auch dessen Wirkung zur Entkopplung von sekundären Bewegungen aus der Kurbelwelle.
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Ferner ist aus der
JP 2000-266125 A eine Anordnung bekannt, bei der eine flexible Platte zwischen Kurbelwelle und Schwungmasse in axialer Richtung beidseitig von klammerförmigen Dämpferplatten eingefasst ist, die gegen die flexible Platte anliegen.
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Aus der
EP 0 385 752 B1 ist eine Schwungradanordnung zur Übertragung eines Motordrehmomentes von der Kurbelwelle auf das Schwungrad mittels eines elastischen Elementes bekannt. Hierbei ist ein Verstärkungsteil mit einem nach außen gerichteten Flansch vorgesehen, der einen Anschlag für einen inneren Umfangsbereich des Schwungrades bildet und so die relative axiale Bewegung des elastischen Elementes gegenüber dem Flansch begrenzt. Derartige Anschläge können allerdings zu einer zusätzlichen Schwingungsanregung führen, wenn das Schwungrad im Betrieb gegen diesen Anschlag verlagert und so das Schwungrad mit der Kurbelwelle verbunden wird.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schwungradanordnung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine axiale Verlagerung der Schwungmasse, welche die Größe der zulässigen Bewegungen im normalen Motorbetrieb übersteigt, gebremst wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Schwungradanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Schwungradanordnung vorgesehen, bei der in einer ersten axialen Position der Schwungmasse auf der Kurbelwelle ein erster Verformungswiderstand oder eine erste Rückstellkraft und in einer zweiten, gegenüber der ersten Position axial verlagerten axialen Position ein zweiter Verformungswiderstand oder eine zweite Rückstellkraft größer als der erste Verformungswiderstand bzw. die erste Rückstellkraft wirksam ist. Hierdurch führt also die relative Verlagerung der Schwungmasse nicht zur starren Verbindung der Schwungmasse mit der Kurbelwelle, sondern es wird vielmehr der axialen Verlagerung ein zusätzlicher bzw. zunehmender Verformungswiderstand entgegengesetzt. In der ersten axialen Position wird die Übertragung der Biegeschwingungen aus dem Kurbeltrieb gemäß der eigentlichen Funktion vermieden, während die zweite Position im normalen Motorbetrieb, ohne Kupplungsbetätigung, nicht eingenommen wird. Darüber hinaus wird aber bei entsprechender Auslegung des zweiten Verformungswiderstandes die axiale Verlagerung reduziert, weil dieser bereits bei einer vergleichsweise geringen axialen Verlagerung unmittelbar wirksam wird und der weiteren Verlagerung den erhöhten Widerstand entgegensetzt.
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Das Element könnte unterschiedliche Abschnitte, beispielsweise Ebenen aufweisen, die je nach dem Betrag der axialen Verlagerung wirksam werden. Besonders Erfolg versprechend ist hingegen eine Abwandlung der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Schwungmasse in einer ersten axialen Position mit einem ersten Kontaktbereich des elastisch verformbaren Elementes und in einer zweiten axialen Position mit einem zweiten Kontaktbereich des Elementes verbunden ist. Indem die Schwungmasse in der verlagerten zweiten axialen Position zusätzlich oder ausschließlich mit einem zweiten Kontaktbereich des Elementes zusammenwirkt, also gegen diesen zweiten Kontaktbereich anliegt, wird ein entsprechend abweichender Verformungswiderstand wirksam. Dieser unterschiedliche Verformungswiderstand kann beispielsweise durch unterschiedliche Materialeigenschaften oder Geometrien sowie durch abweichende Hebelwirkungen der zueinander beabstandeten Kontaktbereiche realisiert werden.
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Bei einer besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung der Erfindung ist dabei der zweite Kontaktbereich des Elementes gegenüber dem ersten Kontaktbereich radial nach innen verlagert. Indem also der zweite Kontaktbereich des Elementes auf einem zu der Kurbelwelle konzentrischen Kreis liegt, welcher zu der Kurbelwellenmittelachse einen deutlich reduzierten radialen Abstand gegenüber dem ersten Kontaktbereich aufweist, wird so ein entsprechend verkürzter Hebelarm als radialer Abstand wirksam. Diese Variante beruht demnach nicht auf ebenfalls realisierbaren, in verschiedenen radialen Abständen unterschiedlichen Verformungseigenschaften des Elementes, sondern im Wesentlichen auf der Veränderung des wirksamen Hebelarmes. Beispielsweise kann das Element als ein sich in der Querschnittsebene der Kurbelwelle erstreckendes ebenes Element, beispielsweise als ein Blech, ausgeführt sein, sodass durch die Verlagerung von der ersten in die zweite axiale Position eine radial nach innen verlagerte Kontaktfläche wirksam wird. Hierzu ist das Element beispielsweise mit einer Ausformung in axialer Richtung versehen, welche aufgrund einer axialen relativen Verlagerung in Eingriff kommt.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung weist die Schwungmasse eine Kontaktfläche mit zumindest einer Ausformung auf, derart, dass bei der axialen Verlagerung der Schwungmasse zusätzlich zu dem ersten Kontaktbereich ein zweiter Kontaktbereich des Elementes gegen die jeweilige Ausformung der Schwungmasse anliegt. Hierdurch wird erreicht, dass eine lediglich geringfügige Verlagerung der Schwungmasse zunächst mit einer geringen Änderung des Verformungswiderstandes verbunden ist, um so eine mögliche Schwingung, die zu unerwünschten Geräuschentwicklungen führen könnte, zu vermeiden. Bei zusätzlicher Anlage des zweiten Kontaktbereichs des Elements gegen die Ausformung wird eine Verformungskennlinie wirksam, welche sich ab Kontakt mit der ringförmigen Anlage stark verändert bzw. steil ansteigt.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ändert sich hingegen die radiale Position des Kontaktbereiches bei fortschreitender axialer Verlagerung der Schwungmasse stetig. Hierzu ist ein sich nach innen hin vergrößernder Spalt zwischen dem flexiblen Element und der stirnseitigen Fläche der Schwungmasse vorgesehen, welcher sich bei der axialen Verlagerung kontinuierlich schließt, mit der Folge, dass der wirksame Hebelarm des elastischen Elementes reduziert wird und der Verformungswiderstand zunimmt. Insbesondere kann so eine progressive Federkennlinie realisiert werden.
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Weiterhin hat es sich bereits als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn das Element zumindest abschnittsweise gegenüber einer insbesondere in der Querschnittsebene zu der Kurbelwelle liegenden axialen Stirnfläche der Schwungmasse beabstandet angeordnet und in einem umfangsnahen Randbereich stirnseitig oder umfangsseitig an der Schwungmasse fixiert ist. Hierzu ist das Element in Bezug auf die dem Element zugewandte Stirnfläche der Schwungmasse vorzugsweise konkav ausgeführt, sodass das Element zunächst lediglich im Randbereich gegen die Schwungmasse anliegt und sich durch eine fortschreitende Verformung aufgrund der axialen Verlagerung der Schwungmasse an diese beginnend mit dem äußeren Randbereich nach radial innen fortschreitend gegen dessen Stirnfläche anlegt. Selbstverständlich kann zusätzlich oder alternativ auch die Stirnfläche mit einer dementsprechenden konkaven Ausformung ausgestattet sein.
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Dabei ist das Element nicht auf ein einzelnes Bauteil beschränkt. Vielmehr kann das Element auch als ein federelastisches Blech oder Blechpaket ausgeführt sein.
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Hierzu eignet es sich auch besonders gut, wenn das Element im Wesentlichen roationssymmetrisch ausgeführt ist und gegen die Schwungmasse konzentrisch zu der Kurbelwelle anliegt, also beispielsweise nach Art einer Tellerfeder ausgeführt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Verformungswiderstand in das Schwungrad konzentrisch eingeleitet wird und insbesondere eine Auslenkung des Schwungrades aus der Querschnittsebene, die zu einem Verkippen und somit zu einer Taumelbewegung führen könnte, vermieden.
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Vorzugsweise ist das Element austauschbar oder modular erweiterbar mit der Schwungmasse verbunden, sodass dieses gegebenenfalls an unterschiedliche Kupplungskräfte verschiedener Leistungsstufen durch Ergänzung weiterer Elemente problemlos angepasst und der konstruktive Aufwand dadurch reduziert werden kann.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine perspektivische Darstellung einer Schwungradanordnung mit einem Schwungrad;
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2 eine geschnittene Seitenansicht des in 1 gezeigten Schwungrades;
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3 eine vergrößerte Detaildarstellung einer Variante der in 1 gezeigten Schwungradanordnung.
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Eine erfindungsgemäße Schwungradanordnung wird nachstehend anhand der 1 bis 3 näher erläutert, wobei in den 1 und 2 eine erste Variante eines Schwungrades 1 in einer perspektivischen Ansicht bzw. in einer geschnittenen Seitenansicht dargestellt ist. Wie insbesondere auch in 2 zu erkennen, ist eine kreisscheibenförmige, mit einer umfangsseitigen Verzahnung ausgestattete Schwungmasse 2 des Schwungrades 1 in ihrem Randbereich mittels Schraubverbindungen 3 mit einem als Blechformteil ausgeführten elastischen Element 4 verbunden. Durch dieses Element 4 ist die Schwungmasse 2 mit einer Kurbelwelle 5 verbunden, um so das unerwünschte Auftreten von Biegeschwingungen und Taumelbewegungen der Schwungmasse 2 zu verhindern. Die gewünschte Elastizität des Elementes 4 führt jedoch zugleich dazu, dass seine Steifigkeit in der axialen Richtung der Kurbelwelle 5 vermindert ist, sodass aufgrund einer bei der Kupplungsbetätigung in axialer Richtung wirkenden Kupplungskraft Feine Axialverformung des elastischen Elementes 4 und somit eine axiale Verlagerung der Schwungmasse 2 auftritt. Hiermit ist beim Stand der Technik ein verzögertes Ansprechverhalten des Kupplungseingriffs- und -trennungsvorganges und zugleich eine Reduzierung des nutzbaren Auskuppelweges verbunden.
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Demgegenüber ist bei der vorliegenden Erfindung, wie insbesondere aus 2 erkennbar, die Schwungmasse 2 durch die Schraubverbindungen 3 in einem Randbereich 6 mit einem ersten Kontaktbereich 7 des Elementes 4 verbunden. Weiterhin hat die Schwungmasse 2 eine radial nach innen verlagert angeordnete axiale Ausformung 8 als zweite Anlagefläche 9, die gegenüber einem zweiten Kontaktbereich 10 des Elementes 4 in der von der Kupplungskraft FK unbelasteten ersten axialen Position der Schwungmasse 2 einen Spalt s einschließt. Unter dem Einfluss der Kupplungskraft FK kommt es somit bei einer nicht gezeigten axialen Verlagerung der Schwungmasse 2 zu einer Anlage der Ausformung 8 an den zweiten Kontaktbereich 10 des elastischen Elementes 4. Ausgehend von der von der Kupplungskraft FK unbelasteten Normalposition, in der aufgrund des langen Hebelarmes 11 ein erster Verformungswiderstand wirksam ist, wird der Verformungswiderstand durch den mit dem Kontakt in dem zweiten Kontaktbereich 10 verbundenen verkürzten Hebelarm 12 in der verlagerten axialen Position der Schwungmasse 2 ein zweiter Verformungswiderstand wirksam, welcher entsprechend dem Verhältnis der Hebelarme 11, 12 größer ist als der erste Verformungswiderstand. Auf diese Weise wird eine zweistufige Federkennlinie realisiert, deren Steifigkeit im Falle der wirksamen Anlage der Ausformung 8 in dem zweiten Kontaktbereich 10 des elastischen Elementes 4 sprunghaft erhöht ist. Zur Vermeidung von Kantenträgern weist die axiale Ausformung 8 als zweite Anlagefläche 9 eine lediglich andeutungsweise dargestellte konvex gewölbte Oberflächenbeschaffenheit auf.
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Demgegenüber ist in 3 in einer vergrößerten Detaildarstellung ein lediglich ausschnittsweise dargestelltes Schwungrad 13 mit einer Schwungmasse 14 gezeigt, die eine ebene, sich radial ohne Ausnehmungen erstreckende Anlagefläche 15 aufweist. Die Anlagefläche 15 weist eine derart bearbeitete Oberfläche auf, dass durch eine Krümmung die Anlagefläche 15 in Richtung kleiner werdenden Durchmessers von dem Element 4 zunehmend beabstandet ist. Dadurch ist ein radial nach innen zunehmender Spalt s zwischen der Schwungmasse 14 und dem Element 4 gebildet. In ihrem äußeren Kontaktbereich 7 ist die Schwungmasse 14 mittels einer Schraubverbindung 16 mit dem elastischen Element 4 verbunden. Mit zunehmender axialer Belastung verlagert sich die Anlage des elastischen Elementes 4 an der Schwungmasse 14 in den Kontaktbereich der Anlagefläche 15 nach innen hin, wobei der sich vergrößernde Spalt s geschlossen wird. Dabei wird eine progressive Federkennlinie realisiert bzw. ein progressiv zunehmender Verformungswiderstand erzeugt. Durch diese stetige Zunahme des Spaltes s bis zu einem maximalen Wert von ca. 0,2 mm in einem inneren radialen zweiten Kontaktbereich 10 führt eine axiale Verlagerung der Schwungmasse 14 dazu, dass sich die radiale Position der Kontaktfläche, die als Hebelarm wirksam wird, zwischen den Kontaktbereichen 7, 10 bei fortschreitender axialer Verlagerung der Schwungmasse 14 ebenso wie der dadurch bestimmte Verformungswiderstand stetig ändert. Hierdurch wird eine progressive Federkennlinie realisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwungrad
- 2
- Schwungmasse
- 3
- Schraubverbindung
- 4
- Element
- 5
- Welle
- 6
- Randbereich
- 7
- Kontaktbereich
- 8
- Ausformung
- 9
- Anlagefläche
- 10
- Kontaktbereich
- 11
- Hebelarm
- 12
- Hebelarm
- 13
- Schwungrad
- 14
- Schwungmasse
- 15
- Anlagefläche
- 16
- Schraubverbindung
- FK
- Kupplungskraft
- s
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10303561 A1 [0006]
- JP 61-233240 A [0007]
- JP 2000-266125 A [0010]
- EP 0385752 B1 [0011]
