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Die Erfindung betrifft ein Schwungrad zur Befestigung an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mittels auf einem Lochkreis angeordneter Befestigungsöffnungen mit einem radial außerhalb dieser in einer der Brennkraftmaschine zugewandten Einsenkung axial vollständig aufgenommenen Fliehkraftpendel.
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Brennkraftmaschinen sind bauartbedingt drehschwingungsbehaftet. Zur Isolierung dieser Drehschwingungen kann im einfachsten Fall aufgrund seiner Massenträgheit ein starres Schwungrad eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich werden Drehschwingungsdämpfer beispielsweise in Form von geteilten Schwungrädern, Torsionsschwingungsdämpfern in Kupplungsscheiben von mit dem Schwungrad verbundenen Reibungskupplungen vorgeschlagen. Weiterhin sind drehzahladaptive Tilger wie Fliehkraftpendel allein oder in Verbindung mit Drehschwingungsdämpfern in geteilten Schwungrädern, Kupplungsdruckplatten und Kupplungsscheiben von Reibungskupplungen, hydrodynamischen Drehmomentwandlern und dergleichen bekannt. Aus der
DE 100 18 955 A1 ist die Unterbringung eines Fliehkraftpendels in einer der Brennkraftmaschine zugwandten Einsenkung eines starren Schwungrads bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Schwungrads mit einem Fliehkraftpendel.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Das vorgeschlagene Schwungrad ist zur Befestigung an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mittels auf einem Lochkreis angeordneten Befestigungsöffnungen vorgesehen und enthält ein in einer radial außerhalb dieser Befestigungsöffnungen der Brennkraftmaschine zugewandten Einsenkung axial vollständig aufgenommenes Fliehkraftpendel. Das Fliehkraftpendel weist ein Flanschteil mit mehreren über den Umfang verteilt um eine Drehachse des Schwungrads begrenzt in Umfangsrichtung verlagerbar an dem Flanschteil aufgenommenen Pendelmassen auf. Das Flanschteil ist an einem Umfang, bevorzugt dem Innenumfang der Einsenkung zentriert aufgenommen. Die Befestigung an dem Umfang kann durch Aufpressen, Schweißen, Verstemmen und dergleichen erfolgen. Der Umfang kann einen Axialanschlag, beispielsweise eine spanend hergestellte Stufe, eine in einer Ringnut angeordnete Anschlagscheibe oder dergleichen für das Flanschteil aufweisen. Beidseitig des Flanschteils sind über den Umfang verteilt angeordnete Pendelmassen vorgesehen, wobei axial gegenüberliegende Pendelmassen zu einem Pendelmassenpaar verbunden sind. Die Verbindungsmittel durchgreifen Ausschnitte im Flanschteil, die so bemessen sind, dass eine Verlagerung der Pendelmassenpaare gegenüber dem Flanschteil bevorzugt ohne Anschläge erfolgen kann. Die Verbindungsmittel können über Anschlagpuffer verfügen, so dass kontrollierte Anschläge der Verbindungsmittel an den Ausschnittsbegrenzungen den Verschwenkbereich der Pendelmassenpaare begrenzen und gegenseitige Anschläge der in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen verhindern. Alternativ können die Pendelmassen endseitig mit Anschlagpuffern versehen sein, die an gegenseitigen Anschlägen oder Anschlägen des Flanschteils anschlagen. Die Pendelmassen jeweils eines Pendelmassenpaars weisen zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, einen Schwerpunkt des Pendelmassenpaars einschließende, bogenförmig nach radial außen weisende erste Laufbahnen auf. Das Flanschteil weist zu diesen Laufbahnen komplementäre bogenförmig nach radial innen weisende zweite Laufbahnen auf. Die Pendelmassenpaare sind gegenüber dem Flanschteil verschwenkbar gelagert, indem auf axial in Linie angeordneten Laufbahnen jeweils ein in die Pendelmassen eingreifender und das Flanschteil durchgreifender Wälzkörper abwälzt. Der Wälzkörper kann axial jeweils einen zwischen Flanschteil und einer Pendelmasse angeordneten Ringbund aufweisen. Die Laufbahnen sind bevorzugt auf begrenzenden Wandungen von Ausschnitten in den Pendelmassen und dem Flanschteil gebildet. Hierbei werden unter Fliehkrafteinfluss die Pendelmassenpaare nach radial außen beschleunigt, so dass pendelmassenseitig die radial inneren Wandungen und flanschteilseitig die radial äußeren Wandungen der Ausschnitte die Laufbahnen bilden, auf denen die Wälzkörper abwälzen, so dass diese zur Ausbildung des Pendelverhaltens entsprechend ausgebildet sind. Die Ausschnitte der Pendelmassen können an ihrer von dem Flanschteil wegweisenden Seite mittels Deckscheiben abgedeckt sein. Ein axialer Abstand zwischen Pendelmassen und Flanschteil kann durch in den Pendelmassen und/oder in dem Flanschteil vorgesehene, bevorzugt aus Kunststoff hergestellte Gleitnoppen ausgebildet sein.
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Die Verlagerung wie Verschwenkung der Pendelmassenpaare gegenüber der Drehachse der Schwungmasse erfolgt durch entsprechende Ausbildung der Laufbahnen in dem Flanschteil und in den Pendelmassen. Bevorzugt erfolgt die Verlagerung der Pendelmassenpaare abgestimmt auf die Schwingungsordnung der Brennkraftmaschine. Hierbei können alle Laufbahnen auf dieselbe Schwingungsordnung oder ein Teil der Pendelmassenpaare auf eine erste und der andere Teil auf eine zweite Schwingungsordnung abgestimmt sein. Die Ausbildung der Laufbahnen erfolgt in den Pendelmassen und im Flanschteil gegenläufig. Durch die Form der Laufbahnen wird die Form der Pendelbewegung das heißt das Verschwenken der Pendelmassenpaare gegenüber dem Flanschteil festgelegt. Hierdurch können entsprechende Pendelformen von Fadenpendeln vorgegeben sein. Beispielsweise kann eine Bogenform der Laufbahnen derart ausgestaltet sein, dass eine Verlagerung des Schwerpunkts der Pendelmassenpaare gegenüber der Drehachse des Schwungrads epizykloid ausgebildet ist. Hierunter ist beispielsweise die Pendelbewegung eines Pendelmassenpaars zu verstehen, welches als sogenanntes Parallelpendel ausgebildet ist, dessen in Umfangsrichtung der Drehachse parallel und senkrecht zum Schwerpunkt des Pendelmassenpaars angeordnete Fäden mit einer vorgegebenen Länge an Drehpunkten eines um die Drehachse gezogenen Kreises aufgehängt sind. Der Schwerpunkt der Pendelmassenpaare schwenkt dabei um einen auf dem Kreis angeordneten Kreisbogen mit kleinerem Radius. Beispielsweise können hierzu die Laufbahnen in Form von Kreisbögen ausgebildet sein.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Pendelform der Pendelmassenpaare durch eine Ausbildung der Bogenform der Laufbahnen derart ausgestaltet ist, dass bei einem Verschwenken dieser gegenüber der Drehachse des Schwungrads zusätzlich zu der epizykloiden Pendelform eine Verdrehung der Pendelmassenpaare um deren Schwerpunkt vorgesehen ist. Diese Pendelform entspricht einem sogenannten Trapezpendel. Bei einem Trapezpendel sind die Pendelmassenpaare in gedachter Weise jeweils mittels zweier gleich langer und in Umfangsrichtung beabstandeter, den Schwerpunkt einschließender Fäden an einem Kreis um die Drehachse aufgenommen. Im Unterschied zu einem Parallelpendel sind die Fäden nicht parallel zueinander angeordnet sondern an dem Kreis enger als an dem Pendelmassenpaar zueinander beabstandet aufgenommen. Dies führt dazu, dass bei einer Pendelbewegung ausgehend von einer durch Fliehkraft eingestellten Ausgangsposition eine durch eine Drehschwingung verursachte Verschwenkbewegung das Pendelmassenpaar neben der epizykloiden Bewegung zusätzlich um dessen Schwerpunkt dreht. Auf diese Weise können verglichen mit Parallelpendeln größere Schwingwinkel und/oder größere Massen der Pendelmassenpaare vorgesehen werden, wodurch deren Isolationswirkung gegenüber Drehschwingungen der Brennkraftmaschine erhöht werden kann. Die gedachte Pendelführung als Trapezpendel wird durch eine entsprechende Ausbildung der Bogenform der Laufbahnen der Pendelmassen und des Flanschteils ausgebildet. Hierzu kann ausgehend von einer ausschließlich fliehkraftbelasteten Ausgangslage ohne Einfluss von Drehschwingungen jeweils ein Bogenteil der Laufbahnen abhängig von der Schwingrichtung der Pendelmassenpaare von der Kreisbogenform abweichen. Beispielsweise kann bezogen auf die Kreisbogenform ein in Schwingrichtung weisender Bogenteil einer gegenüber dem Schwerpunkt in Schwingrichtung weisenden Laufbahn der Pendelmassenpaare gegenüber der Kreisbogenform verringert sein, während ein gegen die Schwingrichtung weisender Bogenteil einer gegenüber dem Schwerpunkt gegen die Schwingrichtung weisende Laufbahn des Flanschteils gegenüber der Kreisbogenform verringert sein kann.
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Die Anzahl der über den Umfang verteilten Pendelmassenpaare kann zwischen zwei und sechs vorgesehen sein. In Bezug auf eine optimale Materialausnutzung, effektive Ausbildung von Ausschnitten in dem Flanschteil und der hierdurch begrenzten Festigkeit des Flanschteils, Ausnutzung der einsetzbaren Masse und erreichbarem Schwingwinkel hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn vier über den Umfang verteilt angeordnete Pendelmassenpaare vorgesehen sind.
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Das vorgeschlagene Schwungrad eignet sich als drehzahladaptiver Drehschwingungstilger in alleinigem Einsatz oder in Verbindung mit weiteren Drehschwingungsdämpfern und/oder Drehschwingungstilgern. Beispielsweise kann das Schwungrad das Primärteil eines geteilten Schwungrads bilden. Weiterhin ist die Verwendung des Schwungrads als starres Schwungrad, welches eine Gegendruckplatte mit einer Reibfläche einer Reibungskupplung ausbildet, vorgesehen, wobei die Einsenkung auf radialer Höhe der Reibfläche vorgesehen ist. Hierbei kann der Außenumfang der Einsenkung sehr dünn ausgebildet sein, wobei ein radial außerhalb der Einsenkung ein eine statische Verstärkung bildender Anlasserzahnkranz vorgesehen sein kann. Um thermischen Problemen durch Eintrag von Reibungswärme der Reibungskupplung durch die Reibfläche im Bereich des Fliehkraftpendels zu begegnen, ist das Schwungrad aus wärmeleitendem Material, beispielsweise als Schmiede- oder Gussteil ausgebildet. Im Weiteren kann eine Scheibenstärke zwischen Reibfläche und Einsenkung besonders stark, beispielsweise größer als eine Flanschstärke im Bereich der Befestigungsöffnungen ausgebildet sein. Weiterhin kann die Wärme aufnehmende und abstrahlende Masse vergrößert werden, indem beispielsweise das Schwungrad radial außen einen gegenüber der Reibfläche axial erweiterten Ansatz aufweist, an dem beispielsweise ein entsprechend angepasster Deckel einer Kupplungsdruckplatte einer Reibungskupplung befestigt ist.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Schnitt durch den oberen Teil eines um eine Drehachse angeordneten Schwungrads in schematischer Darstellung,
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2 eine Ansicht des Schwungrads der 1 und
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3 ein Detail der 2.
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Die 1 zeigt die obere Hälfte des um die Drehachse d verdrehbaren, mittels der Befestigungsöffnungen 2 an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine aufgenommenen Schwungrads 1 mit dem in der der nicht dargestellten Brennkraftmaschine zugewandten und der Gegendruckplatte 3 mit der Reibfläche 4 einer nicht dargestellten Reibungskupplung abgewandten Einsenkung 5 aufgenommenen Fliehkraftpendel 6. Das Fliehkraftpendel 6 ist auf radial derselben Höhe angeordnet wie die Reibfläche 4. Um bei schlupfender Reibungskupplung einen ausreichenden Wärmeabfluss der eingetragenen Reibwärme zu erzielen ist die Scheibenstärke s zwischen Einsenkung 5 und Reibfläche 4 größer als die Flanschstärke f im Bereich der Befestigungsöffnungen 2 ausgebildet. Radial außen ist desweiteren der axiale, die Reibfläche 4 übergreifende Ansatz 8 vorgesehen. Weiterhin ist am Außenumfang der Anlasserzahnkranz 7 vorgesehen, der bei dünner Materialstärke zwischen dem Außenumfang des Schwungrads 1 und dessen Einsenkung 5 eine statische Verstärkung, beispielsweise einen Berstschutz bilden kann.
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Das Fliehkraftpendel 6 ist axial vollständig in der Einsenkung 5 aufgenommen und enthält das Flanschteil 9, welches zentriert und an dem Axialanschlag 10 positioniert in der Einsenkung 5 befestigt, beispielsweise eingepresst und/oder verschweißt ist. Beidseitig des Flanschteils 9 sind über den Umfang verteilt und gegenüber dem Flanschteil 9 verschwenkbar die Pendelmassen 11 über den Umfang verteilt angeordnet. Jeweils axial gegenüber liegende Pendelmassen 11 sind hierbei mittels nicht einsehbarer, entsprechende Ausschnitte im Flanschteil 9 durchgreifender Verbindungsmittel wie Stifte zu Pendelmassenpaaren 12 verbunden. Die Pendelmassen 11 eines Pendelmassenpaars 12 sind gemeinsam an dem Flanschteil 9 mittels zwei in Umfangsrichtung beabstandeter, den Schwerpunkt der Pendelmassenpaare 12 einschließender Wälzkörper 13 gelagert. Hierzu sind in den Pendelmassen 11 Ausschnitte 14 und in dem Flanschteil Ausschnitte 15 vorgesehen, welche in den Pendelmassen radial innen bogenförmig nach außen öffnende und in dem Flanschteil 9 zu diesen komplementäre radial außen bogenförmig nach radial innen öffnende Laufbahnen 16, 17 bilden, so dass – wie dargestellt – unter Fliehkrafteinfluss bei um die Drehachse d drehendem Schwungrad 1 die Pendelmassen 11 mittels der Wälzkörper 13 auf maximalem Radius gegenüber dem Flanschteil abwälzen. Bei einem Eintrag von Drehschwingungen versuchen die Pendelmassenpaare 12 aufgrund ihrer Massenträgheit in Umfangsrichtung gegen das Flanschteil 9 zu verschwenken und werden dabei durch die Ausbildung der Laufbahnen 16, 17 unter Energieverbrauch auf einen kleineren Radius gezogen, so dass der durch die Drehschwingung eingetragene Energiebeitrag getilgt wird und die Drehschwingungen verringert werden. Die Fliehkraft steigt mit zunehmender Drehzahl, so dass der Tilgereffekt mit der Drehzahl steigt und das Fliehkraftpendel 6 infolgedessen als drehzahladaptiver Tilger wirkt.
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Die 2 und 3 zeigen in Ansicht und in einem Detail dieser das Schwungrad 1 mit dem Fliehkraftpendel 6 mit dem Flanschteil 9 und vier über den Umfang gleichmäßig angeordneten Pendelmassenpaaren 12 (1), von denen nur die vorderseitig des Flanschteils 9 angeordneten Pendelmassen 11 einsehbar sind und die mittels der Verbindungsmittel 18 mit den rückseitig angeordneten Pendelmassen verbunden sind. Jeweils zwei die Lagerung der Pendelmassen 11 beziehungsweise Pendelmassenpaare bildendenden Ausschnitte 14, 15 mit den Laufbahnen 16, 17 für die Wälzkörper 13 sind in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet und schließen den jeweils auf den Linien L liegenden Schwerpunkte Sp ein. Durch die Ausbildung der Laufbahnen 16, 17 verhalten sich die Pendelmassenpaare 12 (1) wie Parallel- beziehungsweise Trapezpendel, die sich epizykloid gegenüber der Drehachse d 1) beziehungsweise auf einem um diesen gezogenen Kreis bewegen, wobei eine gedachte Aufhängung von zwei gedachten Fäden in Umfangsrichtung beabstandet auf dem Kreis erfolgt und die Fäden die Pendelmassenpaare 12 in Umfangsrichtung beabstandet aufnehmen. Bei der Ausbildung der Bogenform der Laufbahnen 16, 17 entsprechend einem Parallelpendel mit parallel angeordneten gedachten Fäden pendeln die Pendelmassenpaare 12 gegenüber dem Flanschteil 9 ohne Verdrehung um deren Schwerpunkte Sp. In besonders vorteilhafter Weise ist daher die Bogenform der Laufbahnen 16, 17 entsprechend einem Trapezpendel ausgebildet, bei dem der Abstand der gedachten Fäden an dem diese aufnehmenden Kreis kleiner als der Abstand dieser an dem Pendelmassenpaar ist. Demzufolge drehen die Pendelmassenpaare 12 bei einem epizykloiden Verschwenken auch um ihren Schwerpunkt, so dass mit zunehmendem Verschwenkwinkel deren effektive Länge in Umfangsrichtung verringert wird, die Pendelmassen 11 gegeneinander daher mit geringerem Abstand in Umfangsrichtung angeordnet werden können, so dass bei vorgegebenem Bauraum mehr Masse der Pendelmassen 11 vorgesehen werden kann. Hierdurch steigt der Wirkungsrad des Fliehkraftpendels 6.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwungrad
- 2
- Befestigungsöffnung
- 3
- Gegendruckplatte
- 4
- Reibfläche
- 5
- Einsenkung
- 6
- Fliehkraftpendel
- 7
- Anlasserzahnkranz
- 8
- axialer Ansatz
- 9
- Flanschteil
- 10
- Axialanschlag
- 11
- Pendelmasse
- 12
- Pendelmassenpaar
- 13
- Wälzkörper
- 14
- Ausschnitt
- 15
- Ausschnitt
- 16
- Laufbahn
- 17
- Laufbahn
- 18
- Verbindungsmittel
- d
- Drehachse
- f
- Flanschstärke
- L
- Linie
- s
- Scheibenstärke
- Sp
- Schwerpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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