DE102011102225A1

DE102011102225A1 - Zweimassenschwungrad

Info

Publication number: DE102011102225A1
Application number: DE201110102225
Authority: DE
Inventors: Michael Stehle; Christian Bahrmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2011-12-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad mit zwei aufeinander gelagerten, gegeneinander um eine Drehachse und entgegen der Wirkung von über den Umfang angeordneten Bogenfedern begrenzt verdrehbaren Schwungmassen mit jeweils Stirnseiten der Bogenfedern beaufschlagenden primärseitigen, einer primären Schwungmasse zugeordneten und sekundärseitigen, einer sekundären Schwungmasse zugeordneten Beaufschlagungseinrichtungen. Um ein Zweimassenschwungrad speziellen Bauraumformen anpassen zu können, sind die primärseitigen gegenüber den sekundären Beaufschlagungseinrichtungen in Umfangsrichtung versetzt und greifen jeweils axial in die Stirnseiten ein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad mit zwei aufeinander gelagerten, gegeneinander um eine Drehachse und entgegen der Wirkung von über den Umfang angeordneten Bogenfedern begrenzt verdrehbaren Schwungmassen mit jeweils Stirnseiten der Bogenfedern beaufschlagenden primärseitigen, einer primären Schwungmasse zugeordneten und sekundärseitigen, einer sekundären Schwungmasse zugeordneten Beaufschlagungseinrichtungen.
Zweimassenschwungräder sind seit langem bekannt und werden bevorzugt in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe als Drehschwingungsdämpfer eingesetzt. Dabei wird das an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordnete Schwungrad in zwei aufeinander gelagerte und entgegen der Wirkung von Bogenfedern gegeneinander begrenzt verdrehbare Schwungmassen aufgeteilt. Die Bogenfedern werden dabei jeweils stirnseitig von Beaufschlagungseinrichtungen der primären, mit der Kurbelwelle verbundenen und der sekundären, beispielsweise getriebeseitig mittels einer Reibungskupplung mit einer Getriebeeingangswelle des Getriebes verbindbaren Schwungmasse beaufschlagt.
Wie beispielsweise aus der DE 41 17 579 A1 hervorgeht, sind die Bogenfedern in einem aus Scheibenteilen der primären Schwungmasse gebildeten Ringraum untergebracht, wobei die primärseitige Beaufschlagungseinrichtungen durch Einformungen in den Scheibenteilen ausgebildet sind. Sekundärseitig sind Beaufschlagungseinrichtungen mittels eines an der sekundären Schwungmasse befestigten Flanschteils gebildet, dessen radial erweiterte Arme in den Ringraum eingreifen und von radial innen die Stirnseiten von ineinander geschachtelten Bogenfedern beaufschlagen. Die primärseitigen und sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen sind dabei auf denselben Umfang angeordnet, so dass sich diese bei einer Relativverdrehung überqueren. Infolgedessen bilden die axialen Einformungen der primären Schwungmasse einen Durchgang für die sekundärseitigen Arme. Dabei sind die Beaufschlagungsquerschnitte der Beaufschlagungseinrichtungen begrenzt und beaufschlagen in der Regel eine kleinere Querschnittsfläche der Stirnseiten der Bogenfedern als 50%. Insbesondere eine Beaufschlagung von innerhalb einer Bogenfeder mit großem Querschnitt angeordneten Bogenfedern kann dabei problematisch werden. Weiterhin sind bei Bauformen mit anderweitigem Bauraumbedarf radial innerhalb der Bogenfedern komplizierte Ausbildungen des Flanschteils nötig.
Aufgabe der Erfindung ist daher, Zweimassenschwungräder insbesondere für außergewöhnliche Bauformen einfacher ausbilden und mit einer verbesserten Funktion insbesondere zur Beaufschlagung der Bogenfedern zu versehen.
Die Aufgabe wird durch ein Zweimassenschwungrad mit zwei aufeinander gelagerten, gegeneinander um eine Drehachse und entgegen der Wirkung von über den Umfang angeordneten Bogenfedern begrenzt verdrehbaren Schwungmassen mit jeweils Stirnseiten der Bogenfedern beaufschlagenden primärseitigen, einer primären Schwungmasse zugeordneten und sekundärseitigen, einer sekundären Schwungmasse zugeordneten Beaufschlagungseinrichtungen gelöst, wobei die primärseitigen gegenüber den sekundären Beaufschlagungseinrichtungen in Umfangsrichtung versetzt sind und jeweils axial in die Stirnseiten eingreifen.
Durch den Winkelversatz der Beaufschlagungseinrichtungen um die Drehachse des Zweimassenschwungrads und damit der beiden Schwungmassen bezüglich ihrer Relativverdrehung können sowohl die primären als auch die sekundären Beaufschlagungseinrichtungen axial in die Bogenfederquerschnitte eintauchen, ohne sich gegenseitig zu stören. Die Verdrehwinkelbegrenzung zumindest in Höhe des Winkelversatzes mittels eines Anschlags vermeidet dabei während einer Relativverdrehung der Schwungmassen ein Anschlagen der Beaufschlagungseinrichtungen gegeneinander. Die Verdrehwinkelbegrenzung erfolgt durch entsprechend Auslegung der Steifigkeit der Bogenfedern. Dabei sind bevorzugt jeweils in Umfangsrichtung beidseitig der Beaufschlagungseinrichtungen Bogenfedern verspannt, die wechselweise zwischen einer primärseitigen und einer sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtung gegebenenfalls unter Vorspannung oder mit Umfangsspiel eingelegt sind, so dass je nach der Drehrichtung der Relativverdrehung der Schwungmassen – also in Zug- oder Schubrichtung – die Bogenfedern, die einfach oder ineinander geschachtelt ausgebildet sein können, in Umfangsrichtung komprimiert werden. Der Anschlag erfolgt durch die Blocklage der Bogenfeder, die einen weichen Anschlag ermöglicht, indem die einzelnen Windungen zumindest teilweise aufeinander abwälzen und sich gegeneinander verlagern.
Dabei können sich aufgrund der bei einer Reativverdrehung der Schwungmassen fehlenden Überquerung primärseitige und sekundärseitige Beaufschlagungseinrichtungen axial überschneiden. Auf diese Weise können große Querschnittsflächen, beispielsweise zwei Drittel oder mehr, der Stirnseiten der Bogenfedern durch entsprechend ausgebildete Beaufschlagungsflächen der Beaufschlagungseinrichtungen beaufschlagt werden, so dass durch eine ungleiche Beaufschlagung resultierende Verschränkung wie Biegebeanspruchung der Bogenfedern, die zu hohem Verschleiß und einer hohen Belastung mit hohen Ausfallsraten der Bogenfedern führen können, vermieden werden. Beispielsweise können primärseitige Einformungen einseitig genügend weit zur Ausbildung einer beispielsweise zu zwei Dritteln die Querschnittsfläche der Stirnseiten beaufschlagenden Anschlagfläche in ein Scheibenteil eingeformt werden.
Ein sekundärseitiges Flanschteil kann beispielsweise im Bereich einer radialen Höhe der Bogenfedern direkt an der Schwungmasse angebracht sein, so dass der Bauraum radial innerhalb der Bogenfedern im Wesentlichen für weitere Komponenten des Zweimassenschwungrads, beispielsweise für einen Drehschwingungstilger wie Fliehkraftpendel oder Komponenten des Antriebsstrangs, beispielsweise eine Elektromaschine genutzt werden kann. Das Flanschten greift dabei axial mittels axial erweiterten Armen in die Bogenfedern ein. Dabei können die Arme beispielsweise durch Umlegen oder Umformen in Umfangsrichtung erweitert sein, so dass auch sekundärseitig eine Überdeckung der Querschnittsflächen der Stirnseiten der Bogenfedern über die Hälfte, vorzugsweise zwei Drittel oder höher erzielt und damit eine Biegebeanspruchung der Bogenfedern vermieden wird.
Infolge des Winkelversatzes der primärseitigen und sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen zueinander hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn von einer Zweierteilung, bei der zwei Bogenfedern beziehungsweise zwei Bogenfedereinheiten ineinander geschachtelter Bogenfedern über den Umfang angeordnet sind, abgewichen wird und eine Vierer-Teilung mit vier über den Umfang verteilten Bogenfedern beziehungsweise Bogenfedereinheiten mit ineinander geschachtelten Bogenfedern vorgesehen wird. Der Winkelabstand der primärseitigen und sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtung kann dabei gleich sein, so dass in beide Verdrehrichtungen der Schwungmassen eine maximale Bogenfederlänge von circa 90° vorgesehen werden kann. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ein in Schubrichtung zwischen den primärseitigen und den sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen eingeschlossener Verdrehwinkel bei nicht gegeneinander verdrehten Schwungmassen kleiner als ein in Zugrichtung zwischen den primärseitigen und sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen eingeschlossener Verdrehwinkel eingestellt wird. Auf diese Weise können für die Zugrichtung längere Bogenfedern oder Bogenfedereinheiten verwendet und der Verdrehwinkel größer ausgebildet werden, so dass für die in Zugrichtung in der Regel höher ausfallenden zu übertragenden Momente durch Vorhalten größerer Verdrehwinkel eine besonders effektive Dämpfung des Zweimassenschwungrads erzielt wird, während in Schubrichtung kleinere Verdrehwinkel vorgesehen werden, die zur Dämpfung der geringeren zu übertragenden Schubmomente voll ausreichend sind.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die primäre Schwungmasse einen Ringraum aufweisen, in dem die Bogenfedern aufgenommen sind und in den axial erweiterte Arme der sekundären Schwungmasse über in Umfangsrichtung in Hohe eines Verdrehwinkels der Schwungmassen eingebrachte Schlitze eingreifen. Dabei sind die primärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen bevorzugt nur in das der Brennkraftmaschine zugewandte Scheibenteil eingeformt, während das gegenüber liegende, den Ringraum bildende Scheibenteil die Schlitze zum Eingriff der Arme des Flanschteils aufweist. Der Ringraum kann dabei radial innen geschlossen sein.
Um die Schlitze zumindest gegen Eintritt von Verschmutzungen und im Fall von befetteten Bogenfedern einen Austritt von Fett zu schützen, kann axial zwischen einer Wandung der primären Schwungmasse, beispielsweise dem die Schlitze aufweisenden Scheibenteil, und den Bogenfedern ein Abdeckblech für die Schlitze angeordnet sein, das von den Armen in Umfangsrichtung mitgenommen wird. Das Abdeckblech kann aus dünnem Membranmaterial wie Stahlblech gebildet sein, das entsprechende Ausschnitte für die Arme des Flanschteils aufweist. Durch Verspannen des Abdeckblechs gegen die Wandung bei Mitnahme durch das Flanschteil kann zugleich ein Reibmoment bei Verdrehung der Schwungmassen und damit eine Reibeinrichtung bereitgestellt werden.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Zweimassenschwungrads mit in Umfangsrichtung verdreht zueinander angeordneten primärseitigen und sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen,
2 eine schematische Darstellung eines gegenüber dem Zweimassenschwungrad der 1 in Zug- und Schubrichtung geänderten Zweimassenschwungrads mit asymmetrisch gegeneinander verdrehten Beaufschlagungseinrichtungen,
3 eine schematische Darstellung eines gegenüber dem Zweimassenschwungrad der 2 mit einem Abdeckblech versehenen Zweimassenschwungrads,
4 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Scheibenteils der primären Schwungmasse des Zweimassenschwungrads der 3,
5 eine schematische Teilschnittdarstellung des Zweimassenschwungrads der 3 und
6 eine Kennlinie des Zweimassenschwungrads der 2 und 3.
1 zeigt das Zweimassenschwungrad 1 in schematischer Ansicht mit der primären Schwungmasse 2 und dem mit der nicht dargestellten sekundären Schwungmasse verbundenen Flanschteil 3. Die Schwungmassen sind um die Drehachse 4 entgegen der Wirkung der Bogenfedern 5 gegeneinander begrenzt verdrehbar. Der Verdrehwinkel wird dabei durch die auf Block gehenden Bogenfedern 5 begrenzt.
Zur Beaufschlagung der Stirnseiten 6 der Bogenfedern 5 während einer Verdrehung der Schwungmassen sind die primärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen 7 der Schwungmasse 2 und die sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen 8 des Flanschteils 3 vorgesehen, die mittels Beaufschlagungsflächen 9, 10 jeweils axial in die Stirnseiten 6 eingreifen. Die Beaufschlagungsflächen 9, 10 übergreifen dabei einen Großteil, beispielsweise zwei Drittel und mehr der Oberfläche der Stirnseiten 6, so dass diese ohne Biegebeanspruchung im Wesentlichen plan beaufschlagt werden. Infolgedessen überlappen sich die primärseitigen und sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen 7, 8 axial, so dass der Verdrehwinkel der Schwungmassen durch die auf Block gehenden Bogenfedern 5 vor einem Anstoßen der Beaufschlagungseinrichtungen 7, 8 begrenzt wird.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier Bogenfedern 5 in Vierer-Teilung über den Umfang angeordnet, wobei diese gleich lang sind, so dass die möglichen Verdrehwinkel in die beiden Drehrichtungen um die Drehachse 4 gleich groß sind, in Schub- und Zugrichtung des Zweimassenschwungrads 1 also dieselben Verdrehwinkel vorgesehen sind. Die Bogenfedern 5 sind zwischen den Beaufschlagungseinrichtungen 7, 8 mit Verdrehspiel angeordnet, andere Ausführungsbeispiele können ohne Verdrehspiel der Bogenfedern oder mit vorgespannten Bogenfedern vorgesehen sein.
2 zeigt in ähnlicher Darstellung der 1 das Zweimassenschwungrad 1a mit sich diametral gegenüberliegenden langen Bogenfedern 11a und sich mit diesen in Umfangsrichtung abwechselnden, gegenüber diesen kürzeren Bogenfedern 5a. Hierdurch werden zwischen den primärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen 7a und den sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen 8a jeweils unterschiedliche Verdrehwinkel α, β eingestellt. Die in Drehrichtung des Pfeils 12 dargestellte Zugrichtung ist damit mit dem größeren Verdrehwinkel α versehen, während die in Richtung des Pfeils 13 vorgesehene Schubrichtung den kleineren Verdrehwinkel β aufweist.
Die 3 zeigt in Abänderung zu dem Zweimassenschwungrad 1a der 2 das Zweimassenschwungrad 1b mit der primären Schwungmasse 2b mit den primärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen 7b und dem der nicht dargestellten sekundären Schwungmasse zugeordneten, ringförmigen, auf die radiale Ausdehnung der Bogenfedern 5b, 11b begrenzten Flanschteil 3b mit den Beaufschlagungseinrichtungen 8b. Die primäre Schwungmasse 2b bildet einen im Wesentlichen geschlossenen Ringraum 14, der hier geöffnet dargestellt ist und der die Bogenfedern 5b, 11b aufnimmt. In dem nicht dargestellten, dem Flanschteil 3b zugewandten Scheibenteil sind dabei Schlitze angeordnet, durch die Arme 15, die die sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen 8b bilden, axial greifen. Zum Verschließen der Schlitze ist das Abdeckblech 16 vorgesehen, das bei einer Verdrehung des Flanschteils 3b gegenüber der primären Schwungmasse 2b von den Armen 15 mitgenommen wird. Die primärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen 7b werden mittels Einformungen 17 in dem die primäre Schwungmasse 2b bildenden Scheibenteil 18 gebildet.
4 zeigt hierzu schematisch den Aufbau der primären Schwungmasse 2b des Zweimassenschwungrads 1b der 3 mit dem mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Scheibenteil 18 sowie den zusätzlichen, den Ringraum 14 bildenden Scheibenteilen 19, 20, die auch einteilig ausgebildet sein können oder einen nach radial innen offenen Ringraum ausbilden können. In das Scheibenteil 18 ist die axiale Einformung 17 zur Bildung der Beaufschlagungseinrichtung 7b eingeformt. infolge der Verhinderung einer Durchquerung der Beaufschlagungseinrichtungen 8b (3) des Flanschteils 3b mittels der gegebenenfalls vorher auf Block gehenden Bogenfedern 5b, 11b kann die Beaufschlagungsfläche 9b annähernd die gesamte Oberfläche der Stirnseiten der Bogenfedern 5b, 11b abdecken.
Das Scheibenteil 19 weist kreissegmentförmige Schlitze 21 auf, in die die Arme 15 (3) des Flanschteils 3b eingreifen.
5 zeigt schematisch den Teilschnitt des Zweimassenschwungrads 1b mit der primären Schwungmasse 2b und der lediglich angedeuteten sekundären Schwungmasse 22, an der das Flanschteil 3b befestigt ist. Die Arme 15 durchgreifen die Schlitze 21 und greifen axial in den Ringraum 14 der primären Schwungmasse 2b ein. Die in Umfangsrichtung erweiterten Arme 15 bilden die sekundärseitigen, durch die Bogenfedern 5b teilweise verdeckten Beaufschlagungseinrichtungen 8b, die in Umfangsrichtung zu den Einformungen 17 beabstandet sind.
Zur Abdeckung der Schlitze 21 gegen eindringende Verschmutzung und gegebenenfalls bei einer Befettung der Bogenfedern 5b austretendes Fett ist zwischen der Wandung des Scheibenteils 19 und den Bogenfedern 5b das Abdeckblech 16 vorzugsweise unter axialer Vorspannung angeordnet. Das Abdeckblech 16 wird bei Relativverdrehungen zwischen den Schwungmassen 2b, 22 von den Armen 15 in Umfangsrichtung mitgenommen.
6 zeigt schematisch die Kennlinie 23 der Zweimassenschwungräder 1a, 1b der 2 und 3. Durch die Verwendung unterschiedlicher Längen von Bogenfedern ist der Verdrehwinkel in Zugrichtung längs des Pfeils 12 größer als in Schubrichtung längs des Pfeils 13. Die jeweils zweistufigen Kurvenäste 24, 25 der Kennlinie 23 zeigen bei kleinen Verdrehwinkeln die elastische Beaufschlagung der Bogenfedern und bei größeren Verdrehwinkeln den steil ansteigenden Teil bei auf Block gehenden Bogenfedern.
Bezugszeichenliste

1: Zweimassenschwungrad
1a: Zweimassenschwungrad
1b: Zweimassenschwungrad
2: Schwungmasse
2b: Schwungmasse
3: Flanschteil
3b: Flanschteil
4: Drehachse
5: Bogenfeder
5a: Bogenfeder
5b: Bogenfeder
6: Stirnseite
7: Beaufschlagungseinrichtung
7a: Beaufschlagungseinrichtung
7b: Beaufschlagungseinrichtung
8: Beaufschlagungseinrichtung
8a: Beaufschlagungseinrichtung
8b: Beaufschlagungseinrichtung
9: Beaufschlagungsfläche
9b: Beaufschlagungsfläche
10: Beaufschlagungsfläche
11a: Bogenfeder
11b: Bogenfeder
12: Pfeil
13: Pfeil
14: Ringraum
15: Arm
16: Abdeckblech
17: Einformung
18: Scheibenteil
19: Scheibenteil
20: Scheibenteil
21: Schlitz
22: Schwungmasse
23: Kennlinie
24: Kurvenast
25: Kurvenast
α: Verdrehwinkel
β: Verdrehwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4117579 A1 [0003]

Claims

Zweimassenschwungrad (1, 1a, 1b) mit zwei aufeinander gelagerten, gegeneinander um eine Drehachse (4) und entgegen der Wirkung von über den Umfang angeordneten Bogenfedern (5, 5a, 5b, 11b) begrenzt verdrehbaren Schwungmassen (2, 2b, 22) mit jeweils Stirnseiten (6) der Bogenfedern (5, 5a, 5b, 11b) beaufschlagenden primärseitigen, einer primären Schwungmasse (2, 2b) zugeordneten und sekundärseitigen, einer sekundären Schwungmasse (22) zugeordneten Beaufschlagungseinrichtungen (7, 7a, 7b, 8, 8a, 8b), dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitigen gegenüber den sekundären Beaufschlagungseinrichtungen (7, 7a, 7b, 8, 8a, 8b) in Umfangsrichtung verdreht sind und jeweils axial in die Stirnseiten (6) eingreifen.
Zweimassenschwungrad (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich primärseitige und sekundärseitige Beaufschlagungseinrichtungen (7, 7a, 7b, 8, 8a, 8b) axial überschneiden.
Zweimassenschwungrad (1, 1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenfedern (5, 5a, 5b, 11b) in einer Vierer-Teilung über den Umfang angeordnet sind.
Zweimassenschwungrad (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Schubrichtung zwischen den primärseitigen und den sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen (7a, 7b, 8a, 8b) eingeschlossener Verdrehwinkel (β) bei nicht gegeneinander verdrehten Schwungmassen (2b, 22) kleiner als ein in Zugrichtung zwischen den primärseitigen und sekundärseitigen Beaufschlagungseinrichtungen (7a, 7b, 8a, 8b) eingeschlossener Verdrehwinkel (α) ist.
Zweimassenschwungrad (1, 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche der Stirnseiten (6) der Bogenfedern (5, 5a, 5b, 11b) von den Beaufschlagungseinrichtungen (7, 7a, 7b, 8, 8a, 8b) zumindest zu zwei Dritteln überdeckt wird.
Zweimassenschwungrad (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Schwungmasse (2b) einen Ringraum (14) aufweist, in dem die Bogenfedern (5b, 11b) aufgenommen sind und in den axial erweiterte Arme (15) der sekundären Schwungmasse (22) über in Umfangsrichtung in Höhe eines Verdrehwinkels der Schwungmassen (2b, 22) in die primäre Schwungmasse (2b) eingebrachte Schlitze (21) eingreifen.
Zweimassenschwungrad (1b) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen einer Wandung der primären Schwungmasse (2b) und den Bogenfedern (5b, 11b) ein Abdeckblech (16) für die Schlitze (21) angeordnet und von den Armen (15) in Umfangsrichtung mitgenommen wird.