DE102009035909A1 - Drehschwingungstilger - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger mit einem um eine Drehachse angeordneten Aufnahmeteil für mehrere, gegenüber dem Aufnahmeteil radial und in Umfangsrichtung verschwenkbare Tilgermassen. Um die Masse der Tilgermassen erhöhen zu können, weisen die Tilgermassen aus mehreren Außenkonturradien gebildete Außenkonturen auf, die über deren gesamten Schwenkwinkel innerhalb des Aufnahmeteils verbleiben und über den gesamten Verschwenkbereich nahe am Außenumfang des Aufnahmeteils verschwenken.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger mit einem um eine Drehachse drehenden Aufnahmeteil und mehreren über den Umfang an diesem angeordneten, verschwenkbaren Tilgermassen.
• Gattungsgemäße Drehschwingungstilger sind beispielsweise als Fliehkraftpendel bekannt geworden und werden in teilweise radial beengten Bauräumen untergebracht. Die DE 196 31 989 C1 offenbart hierzu einen Drehschwingungstilger, dessen Tilgermassen mit Außenkonturen versehen sind, die durch einen einzigen Radius gebildet sind. Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Laufbahnen zum Verschwenken der Tilgermassen wird bei vorgegebenem Radius erzielt, dass die Tilgermassen radial innerhalb des Nabenteils verbleiben, so dass das Nabenteil nahe an einen diesen radial umgebenden Bauraum angeordnet werden kann.
• Für die Effektivität der Schwingungstilgung eines Drehschwingungstilgers ist die bei vorgegebenem Bauraum erzielbare Masse der Tilgermassen von entscheidender Bedeutung. Aufgabe der Erfindung ist daher die Weiterbildung eines Drehschwingungstilgers mit einer bei vorgegebenem Bauraum erhöhten Gesamtmasse mehrerer, über den Umfang des Aufnahmeteils angeordneter Tilgermassen.
• Die Erfindung wird durch einen Drehschwingungstilger mit einem um eine Drehachse angeordneten Aufnahmeteil mit einem vorgegebenen Außenumfang und mehreren, auf Laufbahnen im Aufnahmeteil geführten radial und in Umfangsrichtung begrenzt verschwenkbaren Tilgermassen mit einer radial äußeren Außenkontur und einer radial inneren Innenkontur, die sich über ein Umfangssegment des Aufnahmeteils erstrecken, gelöst, wobei die Außenkontur während einer Verlagerung der Tilgermasse entlang der Laufbahnen auf den Außenumfang des Aufnahmeteils beschränkt ist und die Außenkontur und/oder Innenkontur bezogen auf einen Drehwinkel um die Drehachse unterschiedliche Radien aufweisen. Eine derartige Ausführung der Außenkonturen der Tilgermassen kann je nach Anzahl der verschiedenen, über den Verlauf der Außenkontur in Umfangsrichtung angewendeten Außenkonturradien ballig sein und einen individuellen, keinen einzelnen Außenkonturradius beschreibenden Kurvenverlauf bilden. Dabei wird dieser Kurvenverlauf über den Verschwenkwinkel der Tilgermasse so an den Außenumfang des Aufnahmeteils angepasst, dass kein radiales Überschreiten der Til germasse stattfindet, jedoch der radial äußerste Bereich der Tilgermasse während ihrer Verschwenkung maximal an den Außenumfang des Aufnahmeteils angenähert wird, so dass über den gesamten Umfang der Tilgermasse die Außenkontur bevorzugt denselben minimierten Abstand des radial äußersten Bereichs zu Außenumfang aufweist, ohne an einem Arbeitspunkt während der Verschwenkung der Tilgermasse über den Außenumfang hinauszuragen. Durch diese an allen Arbeitspunkten maximale Annäherung der Tilgermassen an den Außenumfang des Aufnahmeteils können die Trägermassen mehr Masse aufnehmen als bei Verwendung eines einzigen Außenkonturradius.
• Die Außenkontur ist von der Ausgestaltung der in das Aufnahmeteil eingebrachten Laufbahnen abhängig, in denen die Tilgermassen verschwenkbar aufgenommen sind, indem sie sich abhängig von den auftretenden Schwingungsbedingungen radial und in Umfangsrichtung in an sich bekannter Weise verlagern. Die Laufbahnen sind dabei an die zu lösenden Schwingungsprobleme angepasst. Eine erste vorteilhafte Annäherung kann vorsehen, dass ein mittleres Segment der Außenkontur gegenüber den Außenkonturradien endseitiger Segmente einen größeren Außenkonturradius aufweist. Auf diese Weise wird ein gegenüber einem einzelnen Außenkonturradius flacherer Verlauf der Außenkontur erzielt, so dass in den endseitigen Segmenten zusätzlich Masse vorgesehen werden kann, da sich gezeigt hat, dass bei einer Vielzahl von Anwendungen die Außenkonturen mit einem einzigen Außenkonturradius bei großen Verschwenkwinkeln eine Vergrößerung des Abstands des radial äußeren Bereiches gegenüber dem Außenumfang des Mitnahmeteils aufweisen. Dabei sind aus Symmetriegründen die Außenkonturradien der endseitigen Segmente in vorteilhafter Weise gleich. An besondere Schwingungsprobleme angepasste Drehschwingungstilger können auch Tilgermassen mit einer asymmetrischen Anordnung der Außenkonturradien vorsehen.
• Die Ausgestaltung der Außenkontur wird in vorteilhafter Weise vom Drehwinkel um die Drehachse durchgeführt, wobei die Außenkonturradien über die Außenkontur verlaufend bezogen auf die Drehachse als Mittelpunkt definiert werden, so dass der Verlauf der Außenkontur über den Umfang in einem Polarkoordinatensystem durch Angabe des Außenkonturradius abhängig vom Drehwinkel um die Drehachse beschrieben werden kann. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, wenn Außenkonturradius und Drehwinkel abhängig vom Schwenkwinkel der Tilgermassen gegenüber dem Aufnahmeteil um einen Schwenkmittelpunkt vorgegeben werden. Weiterhin kann vorteilhaft sein, wenn die Außenkontur abhängig von einem Schwenkradius der um den Schwenkmittelpunkt verschwenkenden Tilgermassen vorgesehen wird. Weiterhin kann der vom Drehwinkel abhängige Außenkonturradius der Außenkontur abhängig von der Anzahl der über den Umfang verteilten Tilgermassen vorgesehen werden. Hierbei können der Teilungswinkel selbst, beispielsweise bei Verwendung von vier Tilgermassen 90°, oder ein maximaler Verschwenkwinkel der Tilgermassen zuzüglich einem Abstand zwischen den beiden Tilgermassen als Eingangsgröße vorgegeben werden.
• Bei einer auf eine Mittellinie einer Tilgermasse bezogenen symmetrischen Anordnung der Außenkontur kann eine Beschreibung der Außenkontur ausgehend von einer Neutrallage des Drehwinkels von 0° und einem Verschwenkwinkel von 0° die Außenkontur in beide Drehrichtungen des Drehwinkels und des Schwenkwinkels als symmetrische Anordnung beschrieben werden. Ein vorteilhafter Drehschwingungstilger wird dabei mit einer Außenkontur versehen, bei der der von der Drehachse ausgehende Außenkonturradius der Außenkontur einer vorgegebenen Anzahl über den Umfang des Aufnahmeteils verteilter, um eine Neutrallage gegenüber dem Aufnahmeteil innerhalb eines maximalen Schwenkwinkels mit einem Schwenkwinkel und einem Schwenkradius gegenüber dem Aufnahmeteil verschwenkbar verteilten Tilgermassen und vom Drehwinkel abhängig gebildet ist.
• Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel stellt die genannten Eingangsgrößen in folgenden mathematischen Zusammenhang, wobei die Außenkontur in einem Polarkoordinatensystem abhängig vom Außenkonturradius R_i und dem Drehwinkel α_i dargestellt sind:

  

R_max

Radius des Aufnahmeteils,

β_max

maximaler Schwenkwinkel der Tilgermasse,

β_i

Schwenkwinkel der Tilgermasse,

n

Anzahl über den Umfang verteilter Tilgermassen,

I

Schwenkradius der Tilgermassen.

• Die Gleichungen (1) und (2) werden dabei durch die Variablen der Gleichungen (3) bis (5) ergänzt, die Gleichung (5) wird durch die Gleichung (6) ergänzt. Abhängig von den Eigenschaften der Laufbahnen, die durch die Variablen des Schwenkwinkels β_i des maximalen Schwenkwinkels β_max und den Schwenkradius 1 charakterisiert werden, werden der Außenkontur in Abhängigkeit des Drehwinkels α_i die Außenkonturradien R_i zugeordnet. Im Weiteren hängen diese von der Teilung der Tilgermassen, also von der Anzahl gleichmäßig über den Umfang verteilter Tilgermassen ab.
• Gemäß dem erfinderischen Gedanken wird auch die Innenkontur der Tilgermassen so angepasst, dass die effektive Masse der Tilgermasse erhöht werden kann, indem die vom Bauraum vorgegebenen Verhältnisse in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden. Hierbei ist davon auszugehen, dass das Aufnahmeteil Funktionsträger für weitere Funktionen ist. Beispielsweise kann das Aufnahmeteil als Bestandteil des Drehschwingungstilgers in eine komplexere Schwingungsdämpfereinrichtung, beispielsweise in einem Zweimassenschwungrad, in einem Gehäuse eines Drehmomentwandlers oder anderen Anordnungen untergebracht sein. Dadurch wird der für die Unterbringung der Trägermassen an dem Aufnahmeteil zur Verfügung stehende Bauraum in der Regel auf einen Ringraum mit einem Außen- und einem Innenumfang begrenzt. Zur in vorteilhafter Weise verbesserten Ausnutzung des Bauraums kann hierzu eine radial innen die Tilgermasse begrenzende Innenkontur aus jeweils einem sich von einer Neutrallage der Tilgermasse in beide Umfangsrichtungen erstreckenden Kreissegment gebildet sein. Dabei können die Kreissegmente durch einen über eine vorgegebene Länge geradlinig verlaufenden Linienabschnitt voneinander getrennt sein.
• Die Innenkonturradien der beiden Kreissegmente weisen dabei jeweils einen Mittelpunkt auf, der durch einen Schnittpunkt eines um die Drehachse gezogenen Schwenkradius der Tilgermasse und dem maximalen, um die Drehachse aufgetragenen Schwenkwinkels gebildet wird. Der Innenkonturradius der beiden Kreissegmente ist dabei größer als der Innenumfang des zur Verfügung stehenden Bauraums und daher auch größer als eine Bauraumbegrenzung des Aufnahmeteils.
• Weiterhin wird die Tilgermasse in vorteilhafter Weise in Umfangsrichtung durch Außen- und Innenkonturen beidseitig der Tilgermasse verbindenden Seitenkonturen begrenzt, wobei die Seitenkonturen voneinander um einen Teilungswinkel abzüglich eines Sicherheitsabstands beabstandet sind. Der Teilungswinkel definiert sich vorzugsweise durch die Anzahl der über den Umfang des Aufnahmeteils angeordneten Tilgermassen. Wenigstens eine Seitenkontur ist parallel zu einer um einen Mittelpunkt angeordneten Linie angeordnet, wobei der Mittelpunkt durch einen Schnittpunkt eines um die Drehachse gezogenen Schwenkradius der Tilgermasse und dem maximalen, um die Drehachse aufgetragenen Schwenkwinkels gebildet wird. In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine Seitenkontur abschnittsweise kreisförmig.
• Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 einen systematischen Aufriss einer Außenkontur einer Tilgermasse eines Drehschwingungstilgers,
• 2 einen systematischen Aufriss einer Innenkontur einer Tilgermasse eines Drehschwingungstilgers
• 3 einen systematischen Aufriss der Seitenkonturen einer Tilgermasse eines Drehschwingungstilgers.
• 4 einen systematischen Aufriss einer Tilgermasse eines Drehschwingungstilgers in einer weiteren Ausführungsform.
• 5 Ausschnitt A aus 4 in vergrößerter Darstellung.
• 1 zeigt In durchgezogener Linie die Außenkontur A einer Tilgermasse 1. Die übrigen Linien sind rein geometrischer Natur und, da sie nicht zwangsläufig den konstruktiven Linien des Drehschwingungstilgers entsprechen müssen, gestrichelt dargestellt. Die Tilgermasse 1 ist innerhalb einer Teilung des Antriebsteils in Umfangsrichtung angeordnet, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einem Winkel von 90° entspricht, so dass über den Umfang des Drehschwingungstilgers an dem Aufnahmeteil vier Tilgermassen 1 angeordnet sind. Der Radius R_max gibt den Außenumfang des Aufnahmeteils um die Drehachse 2 an. Der Außenkonturradius R_i gibt den Abstand der Außenkontur A zur Drehachse 2 in Abhängigkeit von dem Drehwinkel α_i an, wobei der Außenkonturradius R_i infolge der zur Nulllinie bei α_i = 0 symmetri schen beidseitig der Nulllinie 3 bei negativen und positiven Drehwinkeln α_i dieselben Werte annimmt.
• Die Tilgermasse 1 ist gegenüber dem Aufnahmeteil um die Nulllinie 3 jeweils beidseitig um den Schwenkwinkel β_i zwischen den Werten 0° und β_max mit einem Schwenkradius I verschwenkbar.
• Entsprechend den oben beschriebenen Gleichungen (1) bis (6) ergibt sich aus den Abhängigkeiten von Radius R_max, dem maximalen Verschwenkwinkel β_max, dem Verschwenkwinkel β_i und dem Verschwenkradius I die vorteilhafte Außenkontur A als abhängig vom Drehwinkel α_i sich einstellende Außenkonturradien R_i. Die Außenkontur A zeichnet sich durch einen vorteilhaften Verlauf aus, bei dem über den gesamten Verschwenkbereich der Tilgermasse 1 gegenüber dem Aufnahmeteil der Abstand der Außenkontur A zum Radius R_max auf der Höhe der Nulllinie 3 minimal ist. Eine derartige Außenkontur lässt sich mit numerisch geführten Bearbeitungsmaschinen mit geringem Aufwand herstellen. Beispielsweise kann eine sogenannte CNC-Fräsmaschine auf eine derartige Außenkontur programmiert werden und die Tilgermassen direkt oder ein Werkzeug zum Stanzen dieser herstellen.
• 2 zeigt die Ausbildung der Innenkontur U der Tilgermasse 1 in entsprechend der 1 dargestellter Weise. Die Innenkontur U ist durch zwei Kreissegmente 4 mit einem Innenkonturradius R_u gebildet. Die Kreissegmente 4 sind im Bereich der Nulllinie 3 durch einen linearen Linienabschnitt getrennt, der vorzugsweise die Bedingung 0 ≤ b ≤ 2l sin β_max erfüllt. Die Mittelpunkte P der Innenkonturradien R_u werden durch die maximalen Schwenkwinkel β_max auf einem radial innerhalb der Drehachse 2 des Aufnahmeteils um den Schwenkradius I verschobenen Kreises definiert. Dabei entsprechen die Innenkonturradien R_u dem Radius R_min des Innenumfangs des Aufnahmeteils, beziehungsweise dessen beim entsprechenden Radius zu Verfügung stehenden Bauraums.
• 3 zeigt eine zu den 1 und 2 ähnliche Darstellung der Seitenkonturen S. Die Form der Seitenkonturen wird durch die sich aus der Teilung des Aufnahmeteils ergebenden Teilungslinien 5 gebildet, die ausgehend von den in 2 definierten Mittelpunkten P im Teilungswinkel γ zur Nulllinie 3 gezogen werden. Die Seitenkonturen S orientieren sich im Abstand c, der zur sicheren Beabstandung der benachbarten Tilgermassen im Rahmen der zulässigen Bauteiltoleranzen und zur Vermeidung von Zusammenstößen entsprechend ausgelegt wird, an den Teilungslinien 5.
• In 4 und 5 ist ein systematischer Aufriss einer Tilgermasse eines Drehschwingungstilgers in einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Die Seitenkontur S der Tilgermasse weist eine kreissegmentartige Form auf, gebildet durch zwei im Abstand e benachbarte Kreise 14, 16, wobei ein erster an die Außenkontur angrenzender Kreis 14 durch den Radius R_s1 und ein zweiter die Innenkontur übergreifender Kreis 16 durch den Radius R_s2 gekennzeichnet ist. Beide Kreise 14, 16 sind tangential aneinander angrenzend und der Mittelpunkt des zweiten Kreises 16 kann auf der Teilungslinie 5 liegen, die tangential zu einem Konstruktionskreis mit dem insbesondere durch den unter Einbezug des Schwenkradius I und des Teilungswinkels γ gebildeten Zusammenhang R_s = I sin γ definierten Radius R_s liegt, wobei der Konstruktionskreis mit dem ersten Kreis 14 einen gemeinsamen Mittelpunkt und einen um den Abstand d größeren Radius R_s aufweist. Die über die Mittelpunkte des ersten und zweiten Kreises definierte Mittellinie 12 kann gegenüber der Normalen 10 zur Teilungslinie 5 um den Winkel β_max geneigt sein.

1

Tilgermasse

2

Drehachse

3

Nulllinie

4

Kreissegment

5

Teilungslinie

10

Normale

12

Mittellinie

14

Erster Kreis

16

Zweiter Kreis

A

Außenkontur

b

Linienabschnitt

c

Abstand

d

Abstand

e

Abstand

I

Schwenkradius

P

Mittelpunkt

R_i

Außenkonturradius

^Rmax

Radius Außenumfang

R_s1

Seitenkonturradius

R_s2

Seitenkonturradius

R_s

Konstruktionsradius

R_u

Innenkonturradius

R_min

Radius Innenumfang

S

Seitenkontur

U

Innenkontur

α_i

Drehwinkel

β_i

Schwenkwinkel

β_max

maximaler Schwenkwinkel

γ

Teilungswinkel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 19631989 C1 [0002]

Claims (14)

1. Drehschwingungstilger mit einem um eine Drehachse (2) angeordneten Aufnahmeteil mit einem vorgegebenen Außenumfang und mehreren, auf Laufbahnen im Aufnahmeteil geführten radial und in Umfangsrichtung begrenzt verschwenkbaren Tilgermassen (1) mit einer radial äußeren Außenkontur (A) und einer radial inneren Innenkontur (U), die sich über ein Umfangssegment des Aufnahmeteils erstrecken, wobei die Außenkontur (A) während einer Verlagerung der Tilgermasse (1) entlang der Laufbahnen auf den Außenumfang des Aufnahmeteils beschränkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur (A) und/oder Innenkontur bezogen auf einen Drehwinkel (α_i) um die Drehachse (2) unterschiedliche Radien aufweisen.
2. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittleres Segment der Außenkontur (A) gegenüber den Außenkonturradien endseitiger Segmente einen größeren Außenkonturradius aufweist.
3. Drehschwingungstilger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkonturradien der endseitigen Segmente gleich sind.
4. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom Drehwinkel (α_i) abhängiger Außenkonturradius (R_i) der Außenkontur (A) abhängig von dem Schwenkwinkel (β_i) der Tilgermasse (1) gegenüber dem Aufnahmeteil ist.
5. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Drehwinkel (α_i) abhängige Außenkonturradius (R_i) über die Außenkontur (A) abhängig von einem Schwenkradius (I) der Tilgermassen (1) gegenüber dem Aufnahmeteil ist.
6. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Drehwinkel (α_i) abhängige Außenkonturradius (R_i) der Außenkontur (A) abhängig von der Anzahl (n) der über den Umfangs verteilten Tilgermassen (1) ist.
7. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Drehachse (2) ausgehende Außenkonturradius (R_i) der Außenkontur (A) einer Anzahl (n) über den Umfang des Aufnahmeteils verteilter, um eine Nulllinie (3) gegenüber dem Aufnahmeteil innerhalb eines maximalen Schwenkwinkels (β_max) mit einem Schwenkwinkel (β_i) und einem Schwenkradius (I) gegenüber dem Aufnahmeteil verschwenkbaren verteilten Tilgermassen (1) und vom Drehwinkel (α_i) abhängig gebildet ist.
8. Drehschwingungstilger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur in einem Polarkoordinatensystem abhängig vom Außenkonturradius R_i und dem Drehwinkel α_i in folgendem Zusammenhang hinterlegt wird:

   

   R_max Radius des Aufnahmeteils R_max maximaler Schwenkwinkel der Tilgermasse β_i Schwenkwinkel der Tilgermasse n Anzahl über den Umfang verteilter Tilgermassen I Schwenkradius der Tilgermassen.
9. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur (U) der Tilgermassen (1) aus jeweils einem sich von einer Nulllinie (3) der Tilgermasse (1) in beide Umfangsrichtungen erstreckenden Kreissegment (4) gebildet ist.
10. Drehschwingungstilger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkontur (U) zwischen den Kreissegmenten (4) über eine vorgegebene Länge geradlinig in Form eines Linienabschnitts (b) ausgebildet ist.
11. Drehschwingungstilger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkonturradien (R_u) der Kreissegmente (4) jeweils einen Mittelpunkt (P) aufweisen, der durch die auf einem um den Schwenkradius (I) gegenüber der Drehachse (2) nach radial innen verschobenen Kreis mit dem Schwenkradius (I) angeordneten maximalen Schwenkwinkel ((β_max) definiert wird.
12. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (1) in Umfangsrichtung durch Außen- und Innenkonturen (A, U) beidseitig der Tilgermasse (1) verbindenden Seitenkonturen (S) begrenzt ist, wobei die Seitenkonturen (S) voneinander um einen Teilungswinkel abzüglich eines Abstands (c, d) beabstandet sind.
13. Drehschwingungstilger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenkontur (S) parallel zu einer um einen Mittelpunkt (P) angeordneten Linie angeordnet ist, wobei der Mittelpunkt (P) durch die auf einem um den Schwenkradius (I) gegenüber der Drehachse (2) nach radial innen verschobenen Kreis mit dem Schwenkradius (I) angeordneten maximalen Schwenkwinkel (β_max) definiert wird.
14. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenkontur (S) abschnittsweise kreisförmig ist.