Zweimassenschwungrad (Zweimassenschwungrad) - Prinzip, Konstruktion, Baureihe

Mit dem umgangssprachlichen Begriff für ein Zweimassen- oder Zweimassenschwungrad gibt es ein Gerät, das als Zweimassenschwungrad bezeichnet wird. Diese Vorrichtung ermöglicht die Übertragung des Drehmoments vom Motor zum Getriebe und weiter zu den Rädern des Fahrzeugs. Das Zweimassenschwungrad hat aufgrund seiner oft begrenzten Lebensdauer öffentliche Aufmerksamkeit erregt. Der Umtausch ist nicht nur mühsam, sondern erfordert auch finanzielle Kosten, da das Wallet mehrere hundert bis tausend Euro enthält. Unter Autofahrern hört man oft die Frage, wozu zweirädrige Autos dienen, als es mit Autos einmal keine Probleme gab.

Ein bisschen Theorie und Geschichte

Der Hubkolben-Verbrennungsmotor ist eine relativ komplexe Maschine, deren Betrieb phasenweise unterbrochen wird. Aus diesem Grund ist mit der Kurbelwelle ein Schwungrad verbunden, dessen Aufgabe es ist, genügend kinetische Energie zu sammeln, um passive Widerstände während der Kompressionshübe (nicht arbeitend) zu überwinden. Dadurch wird unter anderem die geforderte Gleichmäßigkeit des Motors erreicht. Der Motor läuft ausgeglichener, je mehr Zylinder der Motor hat oder je größer (schwerer) das Schwungrad ist. Ein schwereres Schwungrad verringert jedoch die Überlebensfähigkeit des Motors und verringert seine Bereitschaft, schnell zu drehen. Dieses Phänomen ist beispielsweise bei einem 1,4 TDi oder 1,2 HTP Motor zu beobachten. Mit einem stärkeren Schwungrad laufen diese Dreizylindermotoren langsamer und werden auch langsamer. Der Nachteil dieses Verhaltens sind beispielsweise langsamere Gangwechsel. Die Größe des Schwungrads wird zusätzlich durch die Zusammensetzung der Zylinder (Reihe, Gabel oder Boxer) beeinflusst. Ein Gegenwalzen-Gegenwalzenmotor ist prinzipiell viel ausgewogener als beispielsweise ein Reihenvierzylindermotor. Daher hat er auch ein kleineres Schwungrad als ein vergleichbarer Reihenvierzylindermotor. Die Größe des Schwungrads beeinflusst auch das Verbrennungsprinzip, moderne Dieselmotoren benötigen beispielsweise fast immer ein Schwungrad. Im Vergleich zu Benzinmotoren haben Dieselmotoren typischerweise ein viel höheres Verdichtungsverhältnis, oberhalb dessen sie deutlich mehr Arbeit verbrauchen – die kinetische Energie eines rotierenden Schwungrads.

Die mit einem rotierenden Schwungrad verbundene kinetische Energie Ek wird nach folgender Formel berechnet:

Ec = 1/2·J 2

(wo J ist das Trägheitsmoment des Körpers um die Rotationsachse, ω ist die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Körpers).

Ausgleichswellen tragen ebenfalls dazu bei, einen ungleichmäßigen Betrieb zu eliminieren, erfordern jedoch eine gewisse mechanische Arbeit, um sie anzutreiben. Neben Unebenheiten führt die periodische Wiederholung der vier Perioden auch zu Torsionsschwingungen, die Antrieb und Getriebe negativ beeinflussen. Die normale Schwungmasse eines Verbrennungsmotors besteht aus den Schwungmassen der Teile Kurbeltrieb (Ausgleichswellen), Schwungrad und Kupplung. Dies reicht jedoch nicht aus, um bei leistungsstarken und vor allem weniger zylindrischen Dieselmotoren ungewollte Schwingungen zu eliminieren. Folglich müssen das Getriebe und das gesamte Antriebssystem vor diesen Beeinträchtigungen geschützt werden, da es bei bestimmten Drehzahlen zu übermäßigen Resonanzen kommen kann, die zu einer übermäßigen Belastung von Kurbelwelle und Getriebe, unangenehmen Karosserievibrationen und dem Brummen des Fahrzeuginnenraums führen. Deutlich zu erkennen ist dies im folgenden Diagramm, das die Schwingungsamplitude von Motor und Getriebe bei konventionellen und Zweimassenschwungrädern zeigt. Schwingungen der Kurbelwelle am Austritt aus dem Motor und Schwingungen am Eintritt des Getriebes haben praktisch die gleiche Amplitude und Frequenz. Bei bestimmten Geschwindigkeiten überlagern sich diese Schwankungen, was zu den angegebenen unerwünschten Risiken und Erscheinungsformen führt.

Es ist allgemein bekannt, dass Dieselmotoren wesentlich stärker sind als Benzinmotoren, daher sind ihre Teile schwerer (Kurbelgetriebe, Pleuel usw.). Die Dimensionierung und das Auswuchten eines solchen Motors ist ein wirklich komplexes Problem, dessen Lösung aus einer Reihe von Integralen und Ableitungen besteht. Kurz gesagt besteht ein Verbrennungsmotor aus einer Reihe von Komponenten mit jeweils eigenem Gewicht und Steifigkeit, die zusammen ein System von Torsionsfedern bilden. Ein solches System aus durch Federn verbundenen Materialkörpern neigt dazu, im Betrieb (unter Last) mit unterschiedlichen Frequenzen zu schwingen. Das erste signifikante Band von Oszillationsfrequenzen liegt im Bereich von 2–10 Hz. Diese Frequenz kann als natürlich angesehen werden und wird von einer Person praktisch nicht wahrgenommen. Das zweite Frequenzband liegt im Bereich von 40-80 Hz, und wir nehmen diese Vibrationen als Vibrationen und das Geräusch als Dröhnen wahr. Die Aufgabe der Designer besteht darin, diese Resonanz (40-80 Hz) zu eliminieren, was in der Praxis bedeutet, sich an einen Ort zu bewegen, an dem eine Person viel weniger unangenehm ist (etwa 10-15 Hz).

Das Auto enthält mehrere Mechanismen, die unangenehme Vibrationen und Geräusche eliminieren (Silentblöcke, Riemenscheiben, Geräuschdämmung), und im Kern ist eine klassische konventionelle Scheibenreibungskupplung. Seine Aufgabe ist neben der Drehmomentübertragung auch die Dämpfung von Drehschwingungen. Es enthält Federn, die sich im Falle einer unerwünschten Vibration zusammendrücken und den größten Teil ihrer Energie absorbieren. Bei den meisten Ottomotoren reicht die Schluckfähigkeit einer Kupplung aus. Eine ähnliche Regel galt für Dieselmotoren bis Mitte der 90er Jahre, als der legendäre 1,9 TDi mit Bosch VP-Kreiselpumpe mit konventioneller Kupplung und klassischem Einmassenschwungrad ausreichte.

Im Laufe der Zeit begannen Dieselmotoren jedoch aufgrund immer weniger Volumens (Zylinderzahl) immer mehr Leistung zu erbringen, die Betriebskultur trat in den Vordergrund und nicht zuletzt der Druck auf das "Sägeschwungrad". " auch immer strengere Umweltstandards entwickelt. Im Allgemeinen konnte die Dämpfung von Drehschwingungen durch die klassische Technik nicht mehr erreicht werden, sodass ein Zweimassenschwungrad notwendig wurde. Das erste Unternehmen, das das Zweimassenschwungrad ZMS (Zweimassenschwungrad) einführte, war LuK. Die Massenproduktion begann 1985, und der deutsche BMW war der erste Autohersteller, der Interesse an dem neuen Gerät zeigte. Das Zweimassenschwungrad hat seitdem eine Reihe von Verbesserungen erfahren, wobei das Planetengetriebe von ZF-Sachs derzeit als das fortschrittlichste gilt.

Zweimassenschwungrad – Aufbau und Funktion

Ein Zweimassenschwungrad funktioniert praktisch wie ein herkömmliches Schwungrad, das zusätzlich die Funktion der Drehschwingungsdämpfung übernimmt und somit unerwünschte Schwingungen und Geräusche weitgehend eliminiert. Das Zweimassenschwungrad unterscheidet sich vom klassischen dadurch, dass sein Hauptteil – das Schwungrad – gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden ist. Daher ermöglicht es in der kritischen Phase (bis zum Höhepunkt der Kompression) eine gewisse Verzögerung der Kurbelwelle und dann wieder (während der Expansion) eine gewisse Beschleunigung. Die Drehzahl des Schwungrades selbst bleibt jedoch konstant, somit bleibt auch die Drehzahl am Ausgang des Getriebes konstant und vibrationsfrei. Das Zweimassenschwungrad überträgt seine kinetische Energie linear auf die Kurbelwelle, die auf den Motor selbst wirkenden Reaktionskräfte sind gleichmäßiger und die Spitzen dieser Kräfte sind viel niedriger, sodass der Motor auch weniger vibriert und den Rest des Motors weniger schüttelt. Körper. Die Aufteilung in primäre Trägheit auf der Motorseite und sekundäre Trägheit auf der Getriebeseite erhöht das Trägheitsmoment der rotierenden Teile des Getriebes. Dies verschiebt den Resonanzbereich in einen niedrigeren Frequenzbereich (U/min) als die Leerlaufdrehzahl und liegt somit außerhalb des Bereichs der Betriebsdrehzahlen des Motors. Auf diese Weise werden die vom Motor erzeugten Torsionsschwingungen vom Getriebe getrennt, Getriebegeräusche und Karosseriebrüllen treten nicht mehr auf. Durch die Verbindung von Primär- und Sekundärteil durch einen Torsionsschwingungsdämpfer ist es möglich, eine Kupplungsscheibe ohne Torsionsfederung zu verwenden.

Das Zweimassenschwungrad dient auch als sogenannter Stoßdämpfer. Dies bedeutet, dass es hilft, Kupplungsschläge während des Gangwechsels zu dämpfen (wenn die Motordrehzahl mit der Raddrehzahl ausgeglichen werden muss) und auch zu sanfteren Starts beiträgt. Die elastischen Elemente (Federn) in einem Zweimassenschwungrad ermüden jedoch ständig und ermöglichen es dem Schwungrad, sich weiter und leichter relativ zur Kurbelwelle zu bewegen. Das Problem tritt auf, wenn sie bereits müde sind - sie werden vollständig herausgezogen. Schwungradverschleiß bedeutet neben dem Dehnen der Federn auch das Herausdrücken der Löcher an den Sicherungsstiften. Das Schwungrad dämpft also Schwingungen (Oszillationen) nicht nur nicht, sondern erzeugt sie im Gegenteil. Stopps an den äußersten Grenzen der Schwungraddrehung treten auf, meistens als Unebenheiten beim Schalten, Starten, nur in allen Situationen, wenn die Kupplung eingerückt oder ausgerückt ist oder wenn die Geschwindigkeit geändert wird. Verschleiß zeigt sich auch in ruckartigen Starts, übermäßigen Vibrationen und Geräuschen um 2000 U / min oder übermäßigen Vibrationen im Leerlauf. Im Allgemeinen werden Zweimassenschwungräder in weniger zylindrischen Motoren (z. B. Drei-/Vierzylinder) viel stärker beansprucht, wo die Unebenheiten viel größer sind als in Sechszylindermotoren.

Strukturell besteht ein Zweimassenschwungrad aus einem Primärschwungrad, einem Sekundärschwungrad, einem internen Dämpfer und einem externen Dämpfer.

Wie kann die Lebensdauer eines Zweimassenschwungrads beeinflusst / verlängert werden?

Die Lebensdauer des Schwungrads wird von seiner Konstruktion sowie den Eigenschaften des Motors beeinflusst, in dem es eingebaut ist. Das gleiche Schwungrad des gleichen Herstellers läuft bei einigen Motoren 300 km, bei einigen dauert es nur die Hälfte. Die ursprüngliche Absicht bestand darin, Zweimassenschwungräder zu entwickeln, die das gleiche Alter (km) wie das gesamte Auto erreichen sollten. Leider muss das Schwungrad in der Realität oft viel früher ersetzt werden, viele Male vor der Kupplungsscheibe. Neben der Konstruktion des Motors und des Zweimassenschwungrades selbst hat der Leiter einen wesentlichen Einfluss auf dessen Lebensdauer. Alle Situationen, die zur Übertragung eines Schlags in die eine oder andere Richtung führen, reduzieren die Lebensdauer.

Um die Lebensdauer des Zweimassenschwungrads zu verlängern, wird davon abgeraten, den Motor häufig mit Untersteuern (insbesondere unter 1500 U/min) zu fahren, die Kupplung stark zu treten (vorzugsweise ohne Schalten beim Gangwechsel) und den Motor nicht herunterzuschalten (d. h. zu bremsen der Motor). nur mit angemessener Geschwindigkeit). Es kommt oft vor, dass Sie bei einer Geschwindigkeit von 80 km / h nicht den zweiten, sondern den dritten oder vierten Gang einschalten und allmählich in einen niedrigeren Gang schalten). Einige Hersteller (in diesem Fall VW) empfehlen, dass beim Parken mit stehendem Auto an einer sanften Böschung zuerst die Handbremse angezogen und dann ein Gang (Rückwärtsgang oder XNUMX. Gang) eingelegt werden muss. Andernfalls bewegt sich das Fahrzeug leicht und das Zweimassenschwungrad gerät in einen sogenannten Dauereingriff, wodurch Spannung (Dehnung der Federn) entsteht. Daher wird empfohlen, keine Berggeschwindigkeit zu verwenden, und wenn ja, erst nach dem Bremsen des Autos mit einer Handbremse, um keine leichte Bewegung und anschließende Langzeitbelastung zu verursachen - Schließen des Übertragungssystems, d.h. eines Zweimassenschwungrads . Eine Erhöhung der Temperatur der Kupplungsscheibe steht auch in direktem Zusammenhang mit einer Verringerung der Lebensdauer des Zweimassenschwungrads. Die Kupplung wird überhitzt, insbesondere beim Ziehen eines schweren Anhängers oder eines anderen Fahrzeugs, beim Fahren im Gelände usw. Die Kupplung entriegelt sich selbst bei einem Motorschaden. Es ist zu beachten, dass Strahlungswärme der Kupplungsscheibe zu einer Überhitzung verschiedener Schwungradkomponenten führt (insbesondere wenn es sich um ein Schmiermittelleck handelt), was die Lebensdauer weiter negativ beeinflusst.

Reparatur - Austausch des Zweimassenschwungrads und Austausch gegen ein herkömmliches Schwungrad

Es gibt keine Reparatur eines übermäßig verschlissenen Schwungrads. Bei der Reparatur wird das Schwungrad zusammen mit dem Kupplungspaket (Lamellen, Druckfeder, Lager) ausgetauscht. Die gesamte Reparatur ist ziemlich mühsam (ca. 8-10 Stunden), wenn es notwendig ist, das Getriebe und manchmal sogar den Motor zu demontieren. Natürlich dürfen wir die Finanzierung nicht vergessen, wo die billigsten Schwungräder für etwa 400 Euro verkauft werden, die teuersten - mehr als 2000 Euro. Warum eine Kupplungsscheibe wechseln, die noch in gutem Zustand ist? Sondern ganz einfach, weil es beim Service einer Kupplungsscheibe nur eine Frage der Zeit ist, bis sie weg ist und dieser zeitaufwändige Vorgang, der um ein Vielfaches teurer ist als die Kupplungsscheibe, wiederholt werden muss. Beim Austausch eines Schwungrads ist es ratsam, nachzusehen, ob es eine ausgefeiltere Version gibt, die mehr Kilometer schafft - natürlich unterstützt und vom Fahrzeughersteller genehmigt.

Sehr oft finden Sie Informationen zum Austausch eines Zweimassenschwungrads durch ein klassisches Schwungrad, bei dem Lamellen mit Torsionsdämpfer verwendet werden. Wie bereits in früheren Artikeln erwähnt, übernimmt ein Zweimassenschwungrad neben seinen komfortablen Funktionen auch die Funktion eines Torsionsschwingungsdämpfers, was sich negativ auf den Zustand der beweglichen Teile des Motors (Kurbelwelle) oder des Getriebes auswirkt. Die Schwingungsdämpfung kann bis zu einem gewissen Grad auch durch die gefederte Platte selbst eliminiert werden, diese kann jedoch nicht die gleiche Leistung erbringen wie das deutlich leistungsstärkere und komplexere Zweimassenschwungrad. Und wenn es so einfach wäre, wäre es längst von den Autoherstellern und ihren Finanzeigentümern praktiziert worden, die ständig daran arbeiten, Kosten zu senken. Daher wird generell nicht empfohlen, das Zweimassenschwungrad durch ein Einmassenschwungrad zu ersetzen.

Unterschätzen Sie nicht den Austausch eines verschlissenen Schwungrades

Es wird dringend empfohlen, den Austausch eines übermäßig abgenutzten Schwungrads nicht zu verschieben. Zusätzlich zu den oben genannten Erscheinungen besteht die Gefahr des Lösens (Trennens) eines Teils des Schwungrads. Neben der Zerstörung des Schwungrades selbst können auch Motor oder Getriebe tödlich beschädigt werden. Übermäßiger Schwungradverschleiß beeinträchtigt auch die korrekte Funktion des Motordrehzahlsensors. Mit zunehmendem Verschleiß der Federelemente biegen sich die beiden Schwungradteile immer mehr aus, bis sie außerhalb der im Steuergerät eingestellten Toleranzen liegen. Manchmal führt dies zu einer Fehlermeldung, manchmal versucht das Steuergerät den Motor aufgrund falscher Daten anzupassen und zu steuern. Dies führt zu schlechter Performance und im schlimmsten Fall zu Anlaufproblemen. Dieses Problem tritt besonders häufig bei älteren Motoren auf, bei denen ein Kurbelwellensensor eine Bewegung auf der Abtriebsseite des Zweimassenschwungrads erkennt. Hersteller haben dieses Problem durch Änderung der Sensorhalterung beseitigt, sodass bei neueren Motoren die Kurbelwellendrehzahl am Schwungradeinlass erfasst wird.