Zweimassenschwungrad

Das Zweimassenschwungrad erfüllt die gleiche Funktion wie ein klassisches Einmassenschwungrad. Die Masse des Zweimassenschwungrads ist jedoch in zwei Teile aufgeteilt, wobei der hauptsächliche schwere Teil elastisch mit der Kurbelwelle verbunden ist. Dank dieser Konstruktion überträgt das Zweimassenschwungrad seine kinetische Energie gleichmäßig und dämpft Torsionsschwingungen.

In den 1980er-Jahren konzentrierte sich die Entwicklung auf die Steigerung der Fahrzeugeffizienz durch Gewichtsoptimierung und die Reduzierung der Reibung im Antriebsstrang. Gleichzeitig setzten sich Dieselmotoren in Personenkraftwagen zunehmend durch, und die Drehmomentwerte stiegen an. Die Reduzierung der Reibung in Kombination mit der zunehmenden Ungleichförmigkeit der Drehbewegung, insbesondere bei Dieselmotoren, führte zu erhöhten Getriebevibrationen und Geräuschen. Leistungsstarke Aggregate verursachten Torsionsschwingungen, die auf die Karosserie übertragen wurden, wodurch der Fahrkomfort beeinträchtigt wurde. Das Unternehmen LuK stellte eine Lösung in Form des Zweimassenschwungrads ZMS (Zweimassenschwungrad) vor. Das Zweimassenschwungrad wurde erstmals 1985 in die Serienproduktion eingeführt und zunächst in Fahrzeugen der Oberklasse eingesetzt. Der erste Automobilhersteller, der Interesse an diesem neuen Konstruktionselement zeigte, war BMW.

Die beiden getrennten Massen des Zweimassenschwungrads sind durch ein System von Federdämpfern miteinander verbunden, wodurch die Motorschwingungen gedämpft werden. Das Zweimassenschwungrad ermöglicht somit auch bei niedrigen Drehzahlen einen komfortablen Fahrbetrieb, bei denen sich die Ungleichförmigkeit des Motorlaufs am stärksten bemerkbar macht. Die Masse des Schwungrads hängt von der jeweiligen Fahrzeugkonstruktion ab, liegt jedoch im Durchschnitt zwischen 15 und 20 kg.

Prinzip

Aufgrund der ungleichförmigen Rotationsbewegung der Kurbelwelle, die durch das Zündsystem bedingt ist, entstehen im Aggregat Torsionsschwingungen. Diese Schwingungen werden auf das Getriebe übertragen und erzeugen Geräusche, die durch das gegenseitige Anschlagen unbelasteter Zahnräder entstehen. Über die Lagerung des Aggregats werden diese Geräusche anschließend auf die Karosserie übertragen. Durch den Einsatz von Torsionsdämpfern, die eine begrenzte elastische Verdrehung zwischen der Kurbelwelle und der Eingangswelle des Getriebes ermöglichen, lassen sich diese unerwünschten Erscheinungen reduzieren. Bei einer herkömmlichen Kupplung ist der Torsionsdämpfer ebenfalls in der Kupplungsscheibe integriert. Bei vielen Fahrzeugen ist jedoch das verbleibende ungleichförmige Drehmoment zu groß, sodass der Einsatz eines Zweimassenschwungrads erforderlich ist.Die Schwungradmasse ist in eine Primär- und eine Sekundärmasse unterteilt. Der Primärteil des Schwungrads ist mit der Kurbelwelle verschraubt. Der Sekundärteil ist mittels eines Gleitlagers drehbar auf dem Primärteil gelagert. Der Sekundärteil bildet zugleich die Reibfläche für die Kupplungsscheibe. Die Sekundärmasse muss im Drehmomentfluss vor der Kupplung angeordnet sein, da sie sonst bei jedem Gangwechsel synchronisiert werden müsste. Die Relativverdrehung zwischen Primär- und Sekundärteil wird durch Planetenräder unterstützt. Die Federn sind am größten Durchmesser in Reihe angeordnet. Die Kraftübertragung der Federn erfolgt über Gleitstücke, sodass handelsübliche gerade Schraubenfedern verwendet werden können. Die Reihenschaltung der Federn ermöglicht die Kombination unterschiedlicher Federn und damit die Erzielung der erforderlichen Federkennlinie. Sind die Federn ermüdet oder beschädigt, äußert sich der Defekt in Form von Schlägen beim Schalten. In den Endstellungen der Verdrehung des Schwungrads sind Anschläge angebracht.

Energie des Schwungrads

Die kinetische Energie E_k, die in einem rotierenden Schwungrad gespeichert ist, wird nach folgender Beziehung berechnet:

E_k = 1/2 · J · ω²,

wobei J das Trägheitsmoment des Körpers bezüglich der Rotationsachse und ω die Winkelgeschwindigkeit ist, mit der sich der Körper dreht.