DE19641695C2 - Zwei-Massen-Schwungrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zwei-Massen-Schwungrad, insbeson­ dere zur schwingungsmäßigen Entkopplung eines Motors und ei­ nes Antriebstranges eines Kraftfahrzeuges voneinander, mit einem als Primärschwungmasse ausgebildeten ersten Schwungrad­ teil und einem als Sekundärschwungmasse ausgebildeten zweiten Schwungradteil sowie einer zwischen den beiden Schwungradtei­ len wirksamen, die beiden Schwungradteile antriebsmäßig mit­ einander verbindenden Federanordnung, welche Drehschwingungen der Schwungradteile relativ zueinander zuläßt und die Schwungradteile in eine Mittel- bzw. Ausgangslage relativ zu­ einander zu drängen sucht, wobei die Schwungmassen und die Federanordnung so bemessen sind, daß Frequenzen der zu ent­ koppelnden Schwingungen im überkritischen Bereich - oberhalb der Resonanzfrequenz des Schwungrades - liegen.

Zwei-Massen-Schwungräder der eingangs angegebenen Art werden bereits serienmäßig in Kraftfahrzeugen eingesetzt und haben sich grundsätzlich bewährt. Durch derartige Schwungräder kann gewährleistet werden, daß vom Motor erzeugte Schwingungen beim Fahrbetrieb nicht auf den Antriebstrang übertragen wer­ den. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Laufruhe, und zwar auch bei schwingungsmäßig kritischen niedrigen Drehzah­ len des Motors.

Die DE 43 07 830 A1 zeigt beispielhaft ein bekanntes Zwei- Massen-Schwungrad.

Bei bekannten Zwei-Massen-Schwungrädern wird die Federanord­ nung durch Schraubendruckfedern gebildet, welche axial zwi­ schen den Schwungradteilen tangential zu einer Kreisbahn an­ geordnet sind, deren Zentrum in die Schwungradachse fällt. Dabei sind die Schraubendruckfedern käfigartig in Widerlager­ teilen gehaltert, die mit den Schwungradteilen derart verbun­ den sind, daß die Schraubendruckfedern zunehmend auf Druck gespannt werden, wenn die Schwungradteile aus einer Mittel- bzw. Ausgangslage relativ zueinander in der einen oder ande­ ren Richtung ausgelenkt werden.

Aus der DE 38 31 515 A1 ist ein Drehschwingungsdämpfer be­ kannt, bei dem axial elastische Federelemente vorgesehen sind, die bei Drehbewegungen der Dämpferhälften relativ zu­ einander ihre axiale Spannung ändern. Die Federelemente sind als Membranscheiben ausgebildet, welche mit in Rollführungen angeordneten Rollkörpern zusammenwirken. Die Rollführungen sind so ausgebildet, daß die Rollkörper in Umfangsrichtung der Membranscheiben beweglich sind, wobei die Rollführungen nach Art von Rampen derart ausgebildet sind, daß die Rollkör­ per bei einer Bewegung in Umfangsrichtung relativ zu einer Radialebene der Membranscheibe axial verlagert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine neue Bauweise für ein Zwei-Massen-Schwungrad zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - zwischen den Schwungradteilen zumindest eine Feder zwischen einem Schwungradteil und einem relativ dazu im wesentlichen drehfesten, axial beweglichen Zwischenträgerteil axial ein­ gespannt ist,
• - am anderen Schwungradteil und/oder am Zwischenträgerteil in Umfangsrichtung erstreckte Kugellaufbahnflächen angeordnet sind, welche in Achsansicht des Schwungrades einen tiefen mittleren Bereich und daran anschließende Seitenbereiche aufweisen, deren Tiefe mit zunehmendem Abstand vom mitt­ leren Bereich abnimmt, so daß sich bei Relativdrehungen zwischen den Schwungradteilen der axiale Abstand zwischen dem anderen Schwungradteil und dem Zwischenträgerteil ändert, und
• - die Kugellaufbahnen an Blechteilen ausgebildet sind.

Der besondere Vorzug der Erfindung liegt unter anderem darin, daß sich eine von Unwuchten freie Konstruktion vergleichswei­ se leicht verwirklichen läßt, weil die Federanordnung durch Tellerfedern od. dgl. gebildet werden kann, die sich ohne wei­ teres mit rotationssymetrischer Form ausbilden lassen. Dar­ über hinaus können die als Blechteile ausgebildeten Kugelfüh­ rungen ohne weiteres mit hoher Präzision bei geringem Gewicht gefertigt werden.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausfüh­ rungsformen beschrieben werden.

Dabei zeigt

Fig. 1 einen schematisierten Axialschnitt des erfindungs­ gemäßen Zwei-Massen-Schwungrades,

Fig. 2 eine Achsansicht des ersten Schwungradteiles ent­ sprechend dem Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 ein ausschnittsweises Schnittbild des ersten Schwungradteiles sowie eines damit zusammenwirken­ den Andruckringes im Bereich einer Kugellaufbahn, wobei die Schnittebene in eine Umfangsfläche eines zur Schwungradachse gleichachsigen (virtuellen) Kreiszylinders fällt, und

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein Zwei-Massen-Schwungrad 1 ein erstes Schwungradteil 2, welches eine sogenannte Primärmase bildet, sowie ein zweites Schwungradteil 3, welches eine sogenannte Sekundärmasse bildet. Das erste Schwungradteil 2 ist drehfest auf dem Abtrieb einer nur abschnittsweise dargestellten Kur­ belwelle 4 eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeuges angeordnet und besitzt einen zentralen axia­ len Fortsatz, auf dem das zweite Schwungradteil 3 mittels ei­ nes in Radial- und Axialrichtung belastbaren Lagers 5 drehge­ lagert ist. Das zweite Schwungradteil 3 ist über eine her­ kömmliche Kupplung 6 mit einem nur abschnittsweise darge­ stellten Antriebstrang 7 des Kraftfahrzeuges koppelbar.

Axial zwischen den Schwungradteilen 2 und 3 ist gleichachsig zur Schwungradachse eine Tellerfeder 8 angeordnet, deren Kon­ kavseite dem ersten Schwungradteil 2 zugewandt ist.

An ihrem Innenumfang ist die Tellerfeder 8 drehfest bzw. formschlüssig mit dem zweiten Schwungradteil 3 verbunden. Mit ihrem Außenumfangsbereich ist die Tellerfeder 8 mit einem An­ druckring 9 verbunden, der auf seiner radial äußeren Seite mit radialem Spiel von einem Ringflansch 10 umfaßt wird, der am ersten Schwungradteil 2 angeordnet ist und einen zur Schwungradachse hin geöffneten U-förmigen Querschnitt auf­ weist.

Radial innerhalb des Ringflansches 10 sind auf der dem An­ druckring 9 zugewandten Stirnseite des Schwungradteiles 2 zu­ mindest drei Kugellaufbahnen 11 angeordnet, deren Krümmungs­ zentrum in die Achse des Schwungrades 1 fällt. Diese Kugel­ laufbahnen 11 besitzen jeweils einen vom Andruckring 9 axial entfernteren Mittelbereich 11' und davon in Umfangsrichtung des Schwungrades beabstandete Endbereiche 11", die vom An­ druckring 9 einen vergleichsweise geringen axialen Abstand haben. Die Übergangszonen zwischen Mittelbereich 11' und den Endbereichen 11" bilden rampenförmige Übergänge.

Ähnliche Kugellaufbahnen 12 können gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 auch im Andruckring 9 ausgebildet sein, wobei einander zugeordnete Kugellaufbahnen 11 und 12 jeweils eine Kugel 13 aufnehmen.

Die Tellerfeder 8 sucht den Andruckring 9 axial gegen das er­ ste Schwungradteil 2 zu drängen, mit der Folge, daß die Ku­ geln 13 in jeder der einander zugeordneten Kugellaufbahnen 11 und 12 eine Lage im Mittelbereich 11' bzw. 12' einzunehmen su­ chen. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Schwungradteile 2 und 3 relativ zueinander eine Drehlage einzunehmen suchen, in der die Mittelbereiche 11' und 12' der einander zugeordne­ ten Kugellaufbahnen 11 und 12 sich in Achsrichtung des Schwungrades 1 gegenüberstehen. Wenn nun die Schwungradteile 2 und 3 relativ zueinander entsprechend den Pfeilen P₁ und P₂ (oder in der jeweils entgegengesetzten Richtung) verdreht werden, so wird jede Kugel 13 aus der in Fig. 3 dargestellten Lage weggerollt, mit der Folge, daß das erste Schwungradteil 2 und der Andruckring 9 gegen die Kraft der Tellerfeder 8 axial voneinander weggedrängt werden und zwischen den Schwungradteilen 2 und 3 ein zunehmendes Rückstellmoment auf­ tritt, welches die Schwungradteile 2 und 3 in die Ausgangsla­ ge zurückzudrehen sucht, in der sich die Mittelbereiche 11' und 12' der einander zugeordneten Kugellaufbahnen 11 und 12 gegenüberstehen.

Der maximal mögliche Verdrehwinkel zwischen den Schwungrad­ teilen 2 und 3 wird erreicht, wenn die Kugeln 13 die an­ schlagartig ausgeformten Endbereiche 11" und 12" erreicht ha­ ben und/oder wenn der Andruckring 9 die Tellerfeder 8 axial gegen Anschläge 14 am Schwungradteil 3 (vgl. Fig. 1) drängt.

Gegebenenfalls können der Andruckring 9 und die Tellerfeder 8 miteinander lediglich kraft- bzw. reibschlüssig gekoppelt sein, so daß sich das zweite Schwungradteil 3 mit der Teller­ feder 8 auch dann noch unter Überwindung des Kraft- bzw. Reibschlusses relativ zum Schwungradteil 2 weiterzudrehen vermag, wenn die Kugeln 13 ihre Endlagen in Endbereichen 11" und 12" erreicht haben und/oder die Tellerfeder 8 an den An­ schlägen 14 anliegt.

Die Kugellaufbahnen 11 und 12 sowie die Kugeln 13 können mit einer Fettschmierung versehen sein. Aufgrund des im Profil U-förmigen Ringflansches 10 wird das Schmierfett auch bei ho­ her Drehzahl des Schwungrades 1 und entsprechend großen Zen­ trifugalkräften aufgefangen und immer im Bereich der Kugel­ laufbahnen 11 und 12 gehalten.

Gegebenenfalls können die Kugellaufbahnen 11 und 12 in Ra­ dialrichtung des Schwungrades 1 deutlich breiter als der Ku­ geldurchmesser sein. Denn nach radial außen, d. h. in Richtung der Zentrifugalkräfte, werden die Kugeln 13 in jedem Falle durch den Ringflansch 10 festgehalten. Die Kugeln 13 nehmen also bei rotierendem Schwungrad 1 immer einen definierten Ab­ stand von der Achse des Schwungrades 1 ein.

Gemäß einer in Fig. 4 dargestellten abgewandelten Ausfüh­ rungsform können die Kugellaufbahnen 11 im Schwungradteil 2 oder die Kugellaufbahnen 12 in Andruckring 9 entfallen und durch einen Kugelkäfig ersetzt sein. Im Beispiel der Fig. 4 ist ein solcher Käfig 15 am freien Stirnende eines axialen Fortsatzes des Andruckringes 9 angeordnet. Der axiale Abstand zwischen dem Schwungradteil 2 und dem Andruckring 9 wird also allein durch das Zusammenwirken der Kugel 13 mit der Kugel­ laufbahn 11 verändert.

Abweichend von der zeichnerischen Darstellung kann die Tel­ lerfeder 8 mit ihrem Innenumfang auch am Schwungradteil 2 fest angeordnet sein und einen Andruckring gegen das Schwung­ radteil 3 spannen, wobei dann die Kugellaufbahnen auf den einander zugewandten Stirnseiten von Andruckring 9 und Schwungradteil 3 angeordnet sind.

Im übrigen besteht die Möglichkeit, am Innenumfang der Tel­ lerfeder 8 einen zusätzlichen Andruckring anzuordnen, wobei dann im Beispiel der Fig. 1 zwischen diesem zusätzlichen An­ druckring und dem Schwungradteil 3 weitere Kugellaufbahnen und Kugeln angeordnet sind, so daß sich der Andruckring am Innenumfang der Tellerfeder 8 mehr oder weniger weit mit der Tellerfeder 8 relativ zum Schwungradteil 3 unter Erhöhung der Federspannung der Tellerfeder 8 verdrehen kann.

Außerdem ist es möglich, die Tellerfeder 8 an ihrem Außenum­ fang 8 fest mit einem der Schwungradteile 2 oder 3 zu verbin­ den und den Andruckring sowie die Kugeln und die zugehörigen Kugellaufbahnen im Bereich des Innenumfanges der Tellerfeder 8 zwischen dem Andruckring und dem jeweils anderen Schwung­ radteil 3 bzw. 2 vorzusehen.

Statt einer festen bzw. formschlüssigen Verbindung zwischen einem der Schwungradteile 2 und 3 und der Tellerfeder 8 kann auch jeweils eine kraft- bzw. reibschlüssige Verbindung vor­ gesehen sein, welche bei Überwindung des Kraft- bzw. Reib­ schlusses eine Relativdrehung zwischen der Tellerfeder und dem jeweiligen Schwungradteil 2 bzw. 3 ermöglicht.

Die Kugellaufbahnen 11 bzw. 12 können an Blechteilen ausge­ bildet sein, die mit einem der Schwungradteile 2 und 3 bzw. dem Andruckring 9 verbunden sind oder den Andruckring 9 bil­ den.

Um Relativdrehungen zwischen den Schwungradteilen 2 und 3 zu dämpfen, können zwischen den Schwungradteilen 2 und 3 Reibe­ lemente 16 wirksam sein, wie sie grundsätzlich bei herkömmli­ chen Zwei-Massen-Schwungrädern bekannt sind.

Claims (4)

1. Zwei-Massen-Schwungrad, insbesondere zur schwingungsmäßi­ gen Entkopplung eines Motors und eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeuges voneinander, mit einem als Primärschwungmasse ausgebildeten ersten Schwungradteil und einem als Sekundär­ schwungsmasse ausgebildeten zweiten Schwungradteil sowie ei­ ner zwischen den beiden Schwungradteilen wirksamen, die bei­ den Schwungradteile antriebsmäßig miteinander verbindenden Federanordnung, welche Drehschwingungen der Schwungradteile relativ zueinander zuläßt und die Schwungradteile in eine Mittel- bzw. Ausgangslage relativ zueinander zu drängen sucht, wobei die Schwungmassen und die Federanordnung so be­ messen sind, daß die Frequenzen der zu entkoppelnden Schwin­ gungen im überkritischen Bereich - oberhalb der Resonanzfre­ quenz des Schwungrades - liegen, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. zwischen den Schwungradteilen (2, 3) zumindest eine Feder (8) zwischen einem Schwungradteil (3) und einem relativ dazu im wesentlichen drehfesten, axial beweglichen Zwischenträgerteil (Andruckring 9) axial eingespannt ist,
• 2. am anderen Schwungradteil (2) und/oder am Zwischen­ trägerteil (9) in Umfangsrichtung erstreckte Kugellauf­ bahnflächen (11, 12) angeordnet sind, welche in Achsan­ sicht des Schwungrades einen tiefen mittleren Bereich (11', 12') und daran anschließende Seitenbereiche (11", 12") aufweisen, deren Tiefe mit zunehmendem Abstand vom mitt­ leren Bereich abnimmt, so daß sich bei Relativdrehungen zwischen den Schwungradteilen (2, 3) der axiale Abstand zwischen dem anderen Schwungradteil (2) und dem Zwischen­ trägerteil (9) ändert, und
• 3. die Kugellaufbahnen (11, 12) an Blechteilen ausgebildet sind.

2. Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) als Tellerfeder mit in die Schwungradachse fallender Tellerachse ausgebildet ist.

3. Schwungrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) mit einem Schwungradteil (2, 3) und/oder dem Zwischenträgerteil (9) kraft- bzw. reibschlüssig verbunden ist, derart, daß bei Überwindung des Kraft- bzw. Reibschlus­ ses eine Relativdrehung zwischen Feder (8) und Schwungradteil (2, 3) bzw. Zwischenträgerteil (9) möglich ist.

4. Schwungrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfeder (8) an ihrem Innenumfang mit dem einen Schwungradteil (3) und an ihrem Außenumfang mit dem Zwischen­ trägerteil (9) verbunden bzw. gekoppelt ist.