DE10005582A1 - Antriebsanordnung mit einem Antriebsstrang und einer elektrischen Maschine, z. B. in einem Kraftfahrzeug - Google Patents
Antriebsanordnung mit einem Antriebsstrang und einer elektrischen Maschine, z. B. in einem KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Die Erfindung schafft eine Antriebsanordnung mit einem von einem Verbrennungsmotor (2) betriebenen Antriebsstrang (4) und einer dazu funktionell parallel angeordneten elektrischen Maschine (6), welche einen Stator (10) und einen am Antriebsstrang (4) festgelegten Rotor (8) aufweist, wobei eine oder mehrere pendelartig aufgehängte Tilgermasse(n) (20) am Rotor (8) der elektrischen Maschine (6) angeordnet oder mit dem Rotor (8) koppelbar sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung mit einem von
einem Antriebsaggregat betriebenen Antriebsstrang und einer
dazu funktionell parallel angeordneten elektrischen Maschi
ne. Im Rotor der elektrischen Maschine ist ein Drehschwin
gungstilger integriert, um etwaige Drehungleichförmigkeiten
im Antriebsstrang zu kompensieren.
Bekanntlich treten z. B. bei Verbrennungskolbenmotoren auf
grund der diskontinuierlichen Arbeitsweise eine Vielzahl
unterschiedlicher Schwingungserscheinungen auf. Besonders
bemerkbar machen sich die durch Drehmomentschwankungen des
Verbrennungsmotors verursachten Drehschwingungen im An
triebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Diese pflanzen sich
über die übrigen Fahrzeugkomponenten fort und führen zu ei
nem für die Fahrzeuginsassen störenden Geräusch- und Vibra
tionspegel. Zur Minderung derartiger Drehschwingungen hat
die Anmelderin bereits in der DE 44 47 537 A1 ein aktives
Schwingungsdämpfungssystem für den Antriebsstrang eines
Kraftfahrezuges beschrieben. Dieses umfaßt eine mit ihrem
Rotor unmittelbar auf der Kurbelwelle des Verbindungsmotors
festgelegte elektrische Maschine, welche je nach Art und
Größe der auftretenden Drehungleichförmigkeit die Kurbel
welle mit entsprechenden gegenphasigen Momenten zur Kompen
sation der Drehungleichförmigkeit belastet. Die hierfür
aufgewendete elektrische Energie wird letztlich aus dem
Kraftstoff des Kraftfahrzeuges gespeist. Dieser zusätzliche
Kraftstoffverbrauch ist bei modernen Fahrzeugen jedoch un
erwünscht. Um den Verbrauch zu begrenzen, wird das aktive
Dämpfungssystem beispielsweise nur im Bereich großer
Schwingungsamplituden und geringer Drehzahlen eingesetzt,
etwa im Bereich von der Leerlaufdrehzahl bis zu ca. 2500 min-1.
In der DE 44 47 537 A1 ist auch vorgeschlagen wor
den, das aktive Schwingungsdämpfungssystem mit einem passiv
arbeitenden Drehschwingungstilger zu kombinieren, nämlich
einem sog. Gummi- bzw. Elastomer-Tilger, bei welchem die
die Drehungleichförmigkeiten kompensierende Tilgermasse
über ein oder mehrere Gummielemente mit der Kurbelwelle
elastisch gekoppelt ist. Hierfür besteht der Rotor der
funktionell parallel geschalteten elektrischen Maschine aus
einer ringartigen - über eine radial innen liegende kreis
förmige Gummischicht angekoppelte - Tilgermasse, die gegen
über der Kurbelwelle im Rahmen der elastischen Ankopplung
drehelastich ist. Zwar ist die Kombination mit dem passiven
Gummi-Tilger günstiger im Hinblick auf den Kraftstoffver
brauch, jedoch hat sie auch Nachteile: der im Rotor der
elektrischen Maschine eingebaute Gummi-Tilger unterbricht
gewissermaßen den Drehmomentübertragungsweg der elektri
schen Maschine auf die Kurbelwelle. Der radial außen lie
gende Teil des Gummi-Tilgers bildet gleichzeitig den
elektrisch aktiven Teil des Rotors, wobei das Moment der
elektrischen Maschine dann über die zwischengeschaltete
Gummischicht auf die Kurbelwelle des Kraftfahrzeuges über
tragen wird, was im Laufe der Zeit zur Ermüdung des Gummi
materials und gegebenenfalls zu einer Beschädigung des Gum
mi-Tilgers führen kann. Dazu kommt auch, daß die im Bereich
des Verbrennungsmotors herrschenden erhöhten Temperaturen
zu einer unerwünschten Beeinflussung des Gummimaterials und
damit der Dämpfungseigenschaften des Gummi-Tilgers führen
können.
Im Stand der Technik klassischer Drehschwingungstilger sind
auch sogenannte Pendeltilger, d. h. Drehschwingungstilger
mit pendelartig aufgehängten Tilgermassen, bekannt. Ein
Beispiel hierfür ist in der DE 43 40 293 A1 beschrieben.
Danach weist ein derartiger Pendeltilger ein mit einer ro
tierenden Welle verbundenes Nabenteil auf, an dessen Peri
pheriebereich zumindest zwei eine Trägheitsmasse aufweisen
de Pendelelemente schwenkbar verbunden sind. Etwaige Dre
hungleichförmigkeiten, welche der Drehbewegung der rotie
renden Welle überlagert sind, bewirken eine Pendelbewegung
der Trägheitsmassen in entgegengesetzter Richtung, die ge
eignet ist, dämpfend auf die Störschwingungen zu wirken.
Wie üblich wird der in der DE 43 40 293 A1 offenbarte Dreh
schwingungspendeltilger direkt an der Kurbelwelle einer
Verbrennungskraftmaschine befestigt. Eine anderweitige An
wendung, insbesondere in Verbindung mit anderen Bauteilen,
wird weder erwähnt noch angeregt.
Desweiteren wird zum Stand der Technik noch die DE 196 31 384 A1
der Anmelderin genannt. Dort ist die Kombination ei
nes aktiven Schwingungsdämpfungssystems mit einer Schwin
gungsisolierungseinrichtung, insbesondere einem Zweimassen
schwungrad, offenbart. Dabei ist die Schwingungsisolie
rungseinrichtung platzsparend im Rotor der elektrischen Ma
schine eingebaut. Da sich jedoch die Wirkung der Schwin
gungsisolierung grundsätzlich von derjenigen eines Schwin
gungstilgers unterscheidet, ist diese Anordnung noch weiter
von der hier vorgeschlagenen entfernt.
Die Erfindung zielt demgegenüber darauf ab, eine in puncto
Schwingungsdämpfungsverhalten und Lebensdauer verbesserte
Antriebsanordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung
zu stellen.
Dieses Ziel erreicht die Erfindung durch den Gegenstand
nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrie
ben.
Danach schafft die Erfindung eine Antriebsanordnung mit ei
nem von einem Antriebsaggregat betriebenen Antriebsstrang,
z. B. der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, und einer
dazu funktionell parallel angeordneten elektrischen Maschi
ne, welche einen Stator und einen am Antriebsstrang, z. B.
auf der Kurbelwelle oder einer damit gekoppelten Welle,
festgelegten Rotor aufweist, mit einem im Rotor der elek
trischen Maschine integrierten Drehschwingungstilger, wobei
eine oder mehrere pendelartig aufgehängte Tilgermasse(n) am
Rotor angeordnet oder mit dem Rotor koppelbar ist/sind. Be
vorzugt ist jeder Pendeltilger ein nach dem Prinzip des Sa
razin-Pendels arbeitender Drehschwingungstilger.
Jeder auf diese Weise integrierte Drehschwingungstilger ar
beitet aufgrund der Pendelaufhängung drehzahladaptiv, d. h.
es läßt sich damit praktisch unabhängig von der jeweiligen
Drehzahl des Antriebstranges eine gute Tilgerwirkung erzie
len. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Drehschwingun
gastilger hat gegenüber der einleitend geschilderten be
kannten Ausgestaltung mit Gummi-Tilger den Vorteil, daß die
Grundstruktur des Rotors der elektrischen Maschine im Prin
zip unverändert bleibt, d. h. der Rotor in sich starr ist
und die Momente der elektrischen Maschine direkt auf die
rotierende Welle des Antriebsstranges überträgt. Ein Gum
mielement, wie beim dem bekannten integrierten Gummi-
Tilger, ist dabei nicht zwischengeschaltet. Auf diese Weise
bleibt der integrierte Drehschwingungstilger auch im Lang
zeitbetrieb vollständig intakt, selbst wenn z. B. bei vielen
Startvorgängen eines Kraftfahrzeuges hohe Startmomente über
den Rotor der elektrischen Maschine auf die Kurbelwelle
übertragen worden sind. Dies ist besonders dann von Vor
teil, wenn wie in der Automobilindustrie jede Verbesserung
der Zuverlässigkeit und die Verringerung der Reparaturko
sten von großer Bedeutung sind. Daneben schafft die Erfin
dung ein neuartiges Bauteil, nämlich eine elektrische Ma
schine mit im Rotor integriertem/n Pendeltilger(n), welches
sich durch einen großen Drehzahltigungsbereich, geringes
Gewicht und eine platzsparende Bauweise auszeichnet.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der Vermeidung der elasti
schen Gummikupplung bekannter Gummi-Tilger ist auch, daß
das Dämpfungsverhalten des erfindungsgemäßen Drehschwin
gungstilgers weitgehend temperaturunabhängig ist, was bei
den im Bereich z. B. eines Verbrennungsmotors herrschenden
Temperaturen wichtig ist.
Bevorzugt ist der Rotor der elektrischen Maschine bezüglich
seiner elektrischen und magnetischen Funktionen innen hohl
ausgebildet und die Tilgermasse(n) im Hohlraum des Rotors
untergebracht. Der elektrisch bzw. magnetisch wirksame Teil
des Rotors bildet dabei z. B. einen Hohlzylinder, wobei kein
elektrischer und/oder magnetischer Rückfluß in die Ro
torachse stattfindet. Der im Innern des Rotors verbleibende
Hohlraum dient der Aufnahme des/der erfindungsgemäßen Pen
deltilger. Durch diese Art der Integration des/der Pendel
tilger im Rotor werden nicht nur Gewicht sondern auch Ab
messungen der Antriebsanordnung insgesamt entscheidend ver
ringert. Diese Art der Integration bringt ferner den Vor
teil einer günstigen Platzausnutzung mit sich, nämlich in
Richtung einer radialen Verschiebung der Tilgermassen weg
von der Rotationsachse. Dies ist dann besonders zweckmäßig,
wenn durch Erhöhung des Trägheitsmoments die Schwingungsei
genschaften des Antriebsstranges variiert werden sollen.
Bei gleichen Massen erzielt man bei einer radialen Anord
nung in Folge der innen hohlen Rotorbauweise ein höheres
Trägheitsmoment, das günstig für das Fahrzeuggewicht und
damit für einen reduzierten Kraftstoffverbrauch ist.
Bei einer besonders bevorzugten Rotorbauweise hat dieser
ein radial außen liegendes, elektrisch aktives Teil und ein
demgegenüber innen liegendes z. B. zylinderartiges Träger
teil (Flanschteil), welches das elektrisch aktive Teil mit
dem Antriebsstrang verbindet, wobei am Trägerteil seitlich
- ein- oder beidseitig - eine oder mehrere Tilgermasse(n)
um von der Rotationsachse beabstandete Schwenkachsen
schwenkbar festgelegt ist/sind. Bevorzugt ist dabei jede
Tilgermasse über einen sich parallel zur Rotationsachse erstreckenden
Bolzen, der seitlich am Rotorträgerteil befe
stigt ist, schwenkbar gelagert. Dabei kann das Lager ein
360°-Drehkugellager sein; oder der Bereich des Lagers ist
auf einen Schwenkbereich um eine Stellung der Tilgermassen
herum festgelegt, in welcher die Tilgermassen von der Rota
tionsachse aus radial nach außen gerichtet sind. Dabei ist
es vorteilhaft, wenn die Tilgermassen jeweils durch ein
Rückstellmittel, z. B. eine dem Schwenklager zugeordnete me
chanische Rückstellfeder, im nicht drehenden Zustand des
Rotors in eine Ruheposition bringbar sind, in welcher die
Pendeltilger von der Achse des Antriebsstranges aus radial
nach außen gerichtet sind. Hierdurch werden etwaige Geräu
sche und/oder Unwuchten bei der An- und Auslaufphase der
elektrischen Maschine verhindert. Außerdem läßt sich mit
dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger unabhängig von
der jeweiligen Drehzahl sofort bei Auftreten einer Drehun
gleichförmigkeit eine Tilgerwirkung erreichen.
Bevorzugt ist jede Tilgermasse derart am Rotor gelagert,
daß sie um ein oder mehrere Pendelfußpunkte schwenkbar ist.
Hiermit kann man vorteilhaft das Dämpfungsverhalten des er
findungsgemäßen Drehschwingungstilgers gezielt festlegen
und ggf. den maximalen Tilgungsbereich zu in einem Kraft
fahrzeug kritischen Frequenzen hin verschieben und damit
die Tilgungseffektivität verbessern.
Grundsätzlich sind verschiedene Formen und Bauweisen für
die pendelartig aufgehängten Tilgermassen denkbar. Bevor
zugt sind sie einstückig aus einer Pendelmasse und einem
daran anschließenden Pendelarm aufgebaut, der z. B. an einem
seitlichen Vorsprung des Rotorträgerteils schwenkbar gela
gert ist. Diese Bauweise ist einfach und kompakt, daher für
eine Großserienproduktion geeignet, und im übrigen wenig
störanfällig. Denkbar sind aber auch Anwendungen, bei wel
chen eine Pendelmasse nicht starr mit der jeweiligen
Schwenkachse verbunden sondern über eine elastisch biegsame
Verbindung, z. B. einem Drahtseil oder einem Blechstreifen,
aufgehängt ist. Eine solche biegsame Verbindung kann vorzugsweise
auch elastisch dehnbar ausgebildet sein. All die
se Varianten bieten geeignete Möglichkeiten, um das Til
gungsverhalten des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers
gezielt festzulegen. Bevorzugt ist die Tilgermasse mit ei
nem elastischen Material, z. B. Gummi oder einem Polymerma
terial, ummantelt. Dies hat vor allem den Vorteil, daß et
waige Klappergeräusche durch ein Anstoßen der Tilgermassen
am Trägerteil des Rotors der elektrischen Maschine weitge
hend vermieden werden. Außerdem ist eine derartige Ummante
lung der Tilgermassen aus Gründen der Toleranz sinnvoll.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante ist die Tilgermasse
aus einer mit Metallteilen, z. B. Bleipulver, gefüllte Gum
mi- oder Elastomermischung ummantelt. Eine solche Ausge
staltung hat den Vorteil, daß sie einfach durch einen ge
eigneten Formgebungsprozeß in die für eine bestimmte Til
gungsfunktion gewünschte Form bringbar ist.
Die in der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung eingebaute
elektrische Maschine kann grundsätzlich von jeglicher Art
sein. Für die Integration der Pendeltilger besonders gün
stig ist eine Drehfeldmaschine in Asynchron- oder Synchron
bauweise, deren Rotor ein Kurzschlußläufer ist.
Die erfindungsgemäß zum Antriebsstrang funktionell parallel
geschaltete elektrische Maschine ist vielseitig einsetzbar.
Besonders vorteilhaft ist die Kombination der drehzahladap
tiven Schwingungstilgung mit einer aktiven Schwingungsdämp
fung. Dabei dient die erfindungsgemäße elektrische Maschine
zusätzlich als aktiver Drehschwingungsdämpfer, der über den
Rotor gegenphasig zu Drehungleichförmigkeiten im Antriebs
strang Wechseldrehmomente zur Kompensation der Drehun
gleichförmigkeiten erzeugt. Die aktiv dämpfende elektrische
Maschine hat dann die Funktion, die von den drehzahlabhän
gig arbeitenden integrierten Pendeltilger nicht erfaßten,
noch verbleibenden Ungleichförmigkeiten zu kompensieren.
Auf diese Weise wird die von der elektrischen Maschine be
nötigte Energie und damit z. B. der Kraftstoffverbrauch in
einem Kraftfahrzeug deutlich reduziert.
Zusätzlich übernimmt die elektrische Maschine der erfin
dungsgemäßen Antriebsanordnung z. B. in einem Kraftfahrzeug
bevorzugt noch folgende Aufgaben: Starter zum Starten des
Verbrennungsmotors; Generator zur Versorgung elektrischer
Verbraucher und/oder mindestens einer Fahrzeugbatterie; ge
neratorische Fahrzeugbremse, wobei die erzeugte Energie zur
Wiedergewinnung gespeichert wird; und/oder Antrieb des
Fahrzeuges, insbesondere als Antriebshilfe, bevorzugt als
Beschleunigungsunterstützung, des Fahrzeuges neben dem Ver
brennungsmotor. Auf diese Weise schafft die Erfindung ein
multifunktionelles Bauteil, das aufgrund seiner Bauweise
besonders einfach, verschleißfrei, schnell und geräuscharm
ist und die üblicherweise hierfür benötigten verschiedenen
Aggregate erspart.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh
rungsbeispiele. In der Beschreibung wird auf die beigefügte
schematische Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung
zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Sarazin-
Pendels;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsge
mäßen Antriebsanordnung mit einem Querschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge
mäßen elektrischen Maschine mit integrierten Pen
deltilgern; und
Fig. 3 eine schematische Detailansicht eines beispiel
haften Pendeltilgers.
Zur Drehschwingungskompensation in rotierenden Wellen, z. B.
der Kurbelwelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges,
schlägt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung die Kombina
tion einer aktiven Schwingungsdämpfung mit einer adaptiv
arbeitenden Schwingungstilgung vor. Konstruktiv ist/sind
hierbei im Rotor einer z. B. auf der Kurbelwelle sitzenden
elektrischen Maschine (vgl. Fig. 2), mit welcher aktiv Drehungleichförmigkeiten
kompensierende Gegenmomente auf die
Kurbelwelle aufgebracht werden können, einer oder mehrere
Pendeltilger integriert.
Bevorzugt ist ein solcher Pendeltilger ein auf der Basis
des Sarazin-Pendels arbeitender Drehschwingungstilger. Wie
in Fig. 1 schematisch dargestellt, wird ein Sarazin-Pendel
durch eine rotierende Scheibe s gebildet, an dessen äußerer
Peripherie ein einfaches Pendel, z. B. ein Fadenpendel oder
ein starres Pendel, mit der Pendellänge 1 aufgehängt ist.
Die Theorie des Sarazin-Pendels (Fliehkraftpendels) und
dessen Anwendung als Drehschwingungstilger z. B. an einer
Kurbelwelle eines Kraftfahrzeuges ist an sich bekannt (vgl.
die einleitend genannte DE 43 40 293 A1). Bei Rotation der
Scheibe wird die Pendelmasse fliehkraftbedingt im größtmög
lichen Abstand zur Drehachse mitgenommen. Eine die Rotati
onsbewegung überlagernde Drehungleichförmigkeit oder Dreh
schwingung hat zur Folge, daß die Pendelmasse m eine von
der Drehzahl abhängige, der Drehungleichförmigkeit entge
gengesetzt gerichtete Pendelbewegung ausführt, das heißt
eine beschleunigende Drehungleichförmigkeit abbremst und
eine verzögernde Drehungleichförmigkeit beschleunigt. Diese
Pendelbewegung führt gleichzeitig zu einer Relativverlage
rung der Trägheitsmasse bezogen auf die Rotationsachse der
Scheibe und ist daher geeignet, drehzahladaptiv in hohem
Maß dämpfend auf Drehungleichförmigkeiten und Drehschwin
gungen der rotierenden Scheibe zu wirken.
Gemäß Fig. 2 wird eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung
z. B. in einem Kraftfahrzeug angewendet. Diese umfaßt einen
Verbrennungsmotor 2 mit einer Kurbelwelle 4, auf welcher
direkt eine elektrische Maschine 6 festgelegt ist, d. h.
funktionell parallel zum Verbrennungsmotor 2 und damit zum
Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges geschaltet ist. In der
Kurbelwelle können weitere Bauelemente zwischengeschaltet
sein und es schließen sich die üblichen hier nicht darge
stellten Elemente an, wie etwa eine Kupplung und eine Ge
triebeeingangswelle, welche zu einem Getriebe führt, das
die Räder des Kraftfahrzeuges auf bekannte Art und Weise
antreibt. Die elektrische Maschine 6 hat einen drehfest mit
der Kurbelwelle 4 verbundenen, in sich starren Rotor 8,
welcher die Momente der elektrischen Maschine 6 direkt auf
die Kurbelwelle 4 überträgt. Der Rotor 8 ist aus einem ra
dial außenliegenden elektrisch aktiven Teil, bestehend aus
einem Blechpaket 12 und einem Kurzschluß-Käfigläufer 13 mit
in Axialrichtung verlaufenden Käfigstäben, die an ihren En
den durch einen längs des Umfangs verlaufenden Leiter elek
trisch und mechanisch verbunden sind, aufgebaut. Das elek
trisch aktive Rotorteil ist über ein zylinderartig ausge
bildetes Trägerteil 16 mit der Kurbelwelle 4 starr verbun
den. Das Trägerteil 16 geht in Kurbelachsennähe in eine Na
be 17 über, die fest auf der Kurbelwelle 4 sitzt. Insgesamt
ist der Rotor 6 innen weitgehend hohl und bietet somit
Platz für die Aufnahme eines Drehschwingungstilgers, so daß
eine axial kompakte Bauweise mit radial außen angeordnetem
elektrischen/magnetischen Rückfluß und hierzu radial innen
angeordneter Drehschwingungstilgung vorliegt.
Ferner ist ein ortsfester, mit Spulen 9 bestückter Stator
10 der elektrischen Maschine 6 am Motorgehäuse oder am Ge
triebegehäuse befestigt. Bevorzugt ist die elektrische Ma
schine eine Asynchronmaschine, deren Statorspulen 9 als
Drehstromwicklung ausgebildet sind, die z. B. von einem
Pulswechselrichter zur Erzeugung von Drehfeldern mit Strom
frei einstellbarer Frequenz, Phase und/oder Amplitude ge
speist werden.
Als drehzahladaptive Drehschwingungstiger sind in dem Hohl
raum des Rotors 8 der elektrischen Maschine 6 an einer Sei
te des Rotorträgers 16, ggf. auch beidseitig, in einem ra
dial außen liegenden Umfangsbereich zwei, ggf. auch vier,
gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte Pendeltilger 20
angeordnet. Diese sind jeweils um einen Pendelfußpunkt 21
in Umfangsrichtung schwenkbar gelagert. Hierzu weist das
Rotorträgerteil 16 am Ort der Pendelfußpunkte 21 eine ent
sprechende Schwenk- oder Drehlageraufhängung auf, die - gemäß
Fig. 3 - im einfachsten Fall aus einem vom Rotorträger
16 seitlich vorstehenden Zylinderbolzen 23 besteht, auf
welchem der jeweilige Pendeltilger 20 drehbar festgelegt
ist. Bevorzugt sind die Schwenklager mit einem schematisch
eingezeichneten Rückstellmittel 24, z. B. mechanischen Rück
stellfedern, ausgestattet, solcherart, daß die Pendeltilger
20 im Ruhezustand des Rotors 6 eine radial nach außen ge
richtete Position einnehmen. Hierdurch werden etwaige Klap
pergeräusche und/oder Unwuchten bei einer einsetzenden
Drehbewegung verhindert. Die Wirkung der auf diese Weise im
Rotor 6 integrierten Pendelmassen 20 entsprechen jeweils
derjenigen des im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Sa
razin-Pendels und führen zu einer drehzahlabadaptiven Til
gung von Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle 4, und
zwar im gesamten Drehzahlbereich.
In Fig. 3 ist ein Beispiel für die Ausbildung eines der
oben beschriebenen Pendeltilger 20 dargestellt. Dieser um
faßt eine im wesentlichen scheibenförmige Tilgermasse 25,
welche einstückig mit einem Schwenkarm 26 verbunden ist.
Der Schwenkarm 26 ist am Pendelfußpunkt 23 mit dem Rotor 6
(siehe Fig. 2) drehbar verbunden, indem er z. B. um einen am
Rotorträger 16 seitlich vorstehenden Zylinderbolzen 23 her
um geführt und z. B. über ein Kugellager 27 festgelegt ist.
Theoretisch kann der Pendeltilger 20 auch um 360 drehbar
sein. Durch geeignete Ausgestaltung des Schwenklagers oder
die Anordnung von Rückstellmitteln wird ein eingeschränkter
Schwenkbereich α in Umfangsrichtung aus den oben genannten
Gründen jedoch bevorzugt. Der Pendeltilger 20 ist einstüc
kig aus Metall, vorzugsweise Eisen, gefertigt. Aus Gründen
der Toleranzen und Geräuschentwicklung ist er mit Gummi
oder einem gleichartigen Polymer ummantelt.
Die im Rotor der elektrischen Maschine 4 eingebauten dreh
zahlabhängig arbeitenden Pendeltilger 20 können in einem
Kraftfahrzeug bewirken, daß die Drehungleichförmigkeiten
z. B. bis auf 20% und mehr reduziert werden. Darüber hinaus
wird die elektrische Maschine 4 auch als aktiver Drehschwingungsdämpfer
betrieben, um die noch verbleibenden Un
gleichförmigkeiten, insbesondere diejenigen höherer Ord
nung, die vom Tilgersystem nicht beeinflußt werden können,
bis auf Null zu reduzieren. Hierfür werden die Erregerströ
me der Statorspulen 9 von einer Steuerungsvorrichtung 30
derart gesteuert, daß die von der elektrischen Maschine 6
übertragenen Momente den verbleibenden Drehmomentschwankun
gen gegenphasig entgegenwirken. Die Information über die
aktuelle Drehzahl der Kurbelwelle 4 erhält die Steuerung 30
über einen dem Rotor 8 der elektrischen Maschine 6 zugeord
neten Drehzahlsensor 31.
Daneben kann die elektrische Maschine 6 auch die Funktion
eines Anlassers zum Starten des Verbrennungsmotors 2
und/oder einer Lichtmaschine zur Energieversorgung des
Fahrzeuges übernehmen. Hierfür werden die Erregerströme der
Statorspulen 9 von der Steuerungsvorrichtung 30 derart be
einflußt, daß beim Betätigen des Anlasserschlüssels die
elektrische Maschine 6 als Motor (Anlasser) arbeitet und
danach in einen Generatorbetrieb umgeschaltet wird.
Daneben kann die elektrische Maschine 6 auch als generato
rische Bremse zur verschleißfreien Fahrzeugbremsung mit Re
kuperation der Bremsenergie (sogenannte Retarderfunktion)
sowie zur Antriebs- und Beschleunigungsunterstützung des
Verbrennungsmotors (sogenannte Boosterfunktion) dienen.
Claims (14)
1. Antriebsanordnung mit einem von einem Antriebsaggre
gat (2) betriebenen Antriebsstrang (4) und einer da
zu funktionell parallel angeordneten elektrischen
Maschine (6), welche einen Stator (10) und einen am
Antriebsstrang (4) festgelegten Rotor (8) aufweist,
wobei im Rotor (8) der elektrischen Maschine (6) ein
Drehschwingungstilger integriert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine oder mehrere pendelartig aufgehängte Tilgerma
sse(n) (20) am Rotor (8) angeordnet oder mit dem Ro
tor (8) koppelbar ist/sind.
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Rotor (8) der elektrischen Maschi
ne (6) bezüglich seiner elektrischen und magneti
schen Funktionen innen hohl ausgebildet und die Til
germasse(n) im Hohlraum des Rotors (8) untergebracht
ist/sind.
3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Rotor (8) ein radial außen liegen
des, elektrisch aktives Teil (12, 13) und ein demge
genüber innen liegendes Trägerteil (16) aufweist,
welches das elektrisch aktive Teil (12, 13) mit dem
Antriebsstrang (4) verbindet, wobei am Trägerteil
(16) seitlich - ein- oder beidseitig - eine oder
mehrere Tilgermasse(n) (20) schwenkbar festgelegt
ist/sind.
4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die am Trägerteil (16) schwenkbar ge
lagerte(n) Trägermasse(n) (20) in einem radial außen
liegenden Bereich angeordnet ist/sind.
5. Antriebsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß jede Tilgermasse (20) durch zu
mindest ein mechanisches Rückstellmittel (24) im
nicht drehenden Zustand des Rotors (8) in eine vor
gegebene Ruheposition bringbar ist.
6. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tilgerma
sse (20) derart gelagert ist, daß sie um ein oder
mehrere Pendelfußpunkte schwenkbar ist.
7. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tilgerma
sse (20) einstückig aus einer Pendelmasse (25) und
einem daran anschließenden Pendelarm (26) aufgebaut
ist.
8. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tilgerma
sse (20) mit einem elastischen Material, z. B. Gummi
oder einem anderen Polymermaterial, ummantelt ist.
9. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tilgerma
sse (20) aus einer mit Metallteilen gefüllte Gummi-
oder Elastomermischung gefertigt ist.
10. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische
Maschine (6) zusätzlich als aktiver Drehschwingungs
dämpfer ausgebildet ist, der über den Rotor (8) Dre
hungleichförmigkeiten kompensierende Momente er
zeugt.
11. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische
Maschine (6) als Starter zum starten eines Verbren
nungsmotors ausgebildet ist.
12. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische
Maschine (6) auch als Generator zur Versorgung elek
trischer Verbraucher und/oder mindestens einer Fahr
zeugbatterie ausgebildet ist.
13. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische
Maschine (6) auch als generatorische Fahrzeugbremse
ausgebildet ist, wobei die erzeugte Energie zur Wie
dergewinnung gespeichert wird.
14. Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische
Maschine (6) als Antrieb eines Fahrzeuges, insbeson
dere als Antriebshilfe, bevorzugt als Beschleuni
gungsunterstützung, des Fahrzeuges neben dem Ver
brennungsmotor dient.
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