DE102012217170A1

DE102012217170A1 - Antriebsstrang mit Fliehkraftpendel

Info

Publication number: DE102012217170A1
Application number: DE201210217170
Authority: DE
Inventors: Urban Panther
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zweizylinder-Verbrennungsmotor mit einer mit einem Schwungrad versehenen Kurbelwelle und einem Getriebe mit einer von der Kurbelwelle angetriebenen Getriebeeingangswelle. Um eine leichtere Schwungmasse einsetzen zu können, werden an dem Schwungrad mehrere, auf unterschiedliche Schwingungsordnungen der Brennkraftmaschine abgestimmte, rotationssymmetrisch um eine Drehachse der Kurbel angeordnete Fliehkraftpendel vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zweizylinder-Verbrennungsmotor mit einer mit einem Schwungrad versehenen Kurbelwelle und einem Getriebe mit einer von der Kurbelwelle angetriebenen Getriebeeingangswelle.
Gattungsgemäße Antriebsstränge finden insbesondere in Motorrädern und kleinen Personenkraftwagen Anwendung. Insbesondere aus Gründen eines beschränkten Bauraums wird hierbei auf aufwendige Schwingungsisolationsmaßnahmen wie beispielsweise geteilte Schwungräder und dergleichen verzichtet. Zudem sind die beispielsweise bei Zweizylinder-Verbrennungsmotoren auftretenden Schwingungsordnungen erster Ordnung mittels Drehschwingungsdämpfern in den engen Bauräumen für die gattungsgemäßen Anwendungen nicht oder nur schlecht eliminierbar. Insbesondere liegen die Anregungsfrequenzen derartiger Brennkraftmaschinen häufig nahe an den Resonanzfrequenzen von geteilten Schwungrädern, so dass eine Schwingungsisolation bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine unwirksam ist. Für die gattungsgemäßen Antriebsstränge werden daher zur Schwingungsisolation Einmassenschwungräder mit vergleichsweise hoher Masse eingesetzt, die eine Schwingungsisolation der Anregungsschwingungen der Brennkraftmaschine durch Tilgung bewirken. Durch das hierdurch bedingte hohe Trägheitsmoment der Einmassenschwungräder wird die Beschleunigung der Kurbelwelle gedämpft, so dass die Drehfreudigkeit der Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist die Verbesserung eines gattungsgemäßen Antriebsstrangs bezüglich der Schwingungsisolierung der Brennkraftmaschine bei verkleinerter Schwungmasse.
Die Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zweizylinder-Verbrennungsmotor mit einer mit einem Schwungrad versehenen Kurbelwelle und einem Getriebe mit einer von der Kurbelwelle angetriebenen Getriebeeingangswelle gelöst, wobei an dem Schwungrad mehrere auf unterschiedliche Schwingungsordnungen der Brennkraftmaschine abgestimmte, rotationssymmetrisch um eine Drehachse der Kurbelwelle angeordnete Fliehkraftpendel vorgesehen sind.
Das starre Einmassenschwungrad einer Brennkraftmaschine, bevorzugt eines Zweizylinder-Verbrennungsmotors, wird gemäß dem erfinderischen Gedanken durch mehrere Fliehkraftpendel die auf die erste, zweite, dritte oder weitere Schwingungsordnung abgestimmt sind, ersetzt. Zur Abstimmung kann der Drehmomentenverlauf des Zweizylinder-Verbrennungsmotors beispielsweise mittels einer Fourier-Analyse analysiert werden. Hierdurch werden die Schwingungsordnungen erster, zweiter und dritter Ordnung ermittelt und die Fliehkraftpendel auf optimale Tilgung abgestimmt.
Hierbei wird beispielsweise ein erstes Fliehkraftpendel auf die erste Schwingungsordnung abgestimmt. Die dabei entstehenden Schwingungsordnungen zweiter und dritter Ordnung geringerer Intensität können von zumindest einem Fliehkraftpendel, welches auf die zweite und gegebenenfalls auf die dritte Schwingungsordnung abgestimmt ist, eliminiert werden. Die Schwingungsordnungsreihe wird hierbei durch Erzeugung von Schwingungen der Schwingungsordnungen vier und sechs fortgeführt, für die wiederum entsprechend abgestimmte Fliehkraftpendel vorgesehen werden können. Allgemein ergibt sich für ein auf die Schwingungsisolation von Schwingungen n-ter Schwingungsordnung abgestimmtes Fliehkraftpendel eine Schwingungsfortpflanzung in der 2 × n-ten und eine 3 × n-ten Schwingungsordnung.
Wird beispielsweise eine Schwingungsisolation mit vier Fliehkraftpendeln zur Tilgung der ersten bis vierten Schwingungsordnung angestrebt, wird das erste Fliehkraftpendel gemäß dem erfinderischen Gedanken so ausgelegt, dass das erste Fliehkraftpendel durch Auslegung von Masse und Radius in der ersten Schwingungsordnung der Brennkraftmaschine schwingt und damit die Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine im Wesentlichen vollständig tilgt. Die Masse und der Radius des zweiten Fliehkraftpendels werden auf ein Schwingen in der zweiten Schwingungsordnung ausgelegt, so dass die Drehungleichförmigkeiten zweiter Schwingungsordnung der Brennkraftmaschine und der durch das erste Fliehkraftpendel erzeugten Schwingungen zweiter Schwingungsordnung im Wesentlichen vollständig getilgt werden. Die Masse und der Radius des dritten Fliehkraftpendels werden so ausgelegt, dass die Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine und die vom ersten Fliehkraftpendel erzeugten Schwingungen dritter Schwingungsordnung im Wesentlichen vollständig getilgt werden. Die Masse und der Radius des vierten Fliehkraftpendels, welches in der vierten Schwingungsordnung schwingen soll, werden dahingehend ausgelegt, dass Drehungleichförmigkeiten der vierten Schwingungsordnung der Brennkraftmaschine und des zweiten Fliehkraftpendels im Wesentlichen getilgt werden. Es versteht sich, dass abhängig vom zur Verfügung stehenden Bauraum und dem erforderlichen Aufwand die Schwingungsisolation mittels weniger oder mehr nach demselben Prinzip ausgelegten Fliehkraftpendeln eingeschränkt oder erweitert werden kann.
Hierbei können die verschiedenen Fliehkraftpendel bezogen auf die Drehachse der Kurbelwelle axial nebeneinander angeordnet sein und/oder radial übereinander angeordnet sein. Eine Anordnung der Fliehkraftpendel in oder an dem Schwungrad kann dabei abhängig vom zur Verfügung stehenden Bauraum und unabhängig vom Schwingungsgrad erfolgen. Beispielsweise kann ein Fliehkraftpendel erster Schwingungsordnung axial zwischen den Fliehkraftpendeln zweiter und dritter Schwingungsordnung vorgesehen sein.
Der Aufbau der gegenüber der Schwungmasse des Schwungrads begrenzt verschwenkbaren Pendel- wie Tilgermassen wird zur Erzielung einer optimierten Schwingungstilgung der entsprechenden Schwingungsordnung ausgelegt. Im einfachsten Fall kann ein einzelner Massering vorgesehen sein, der im Fliehkraftfeld bei vorgegebener Drehzahl eine Gleichgewichtsposition einnimmt und bei auftretender Drehungleichförmigkeit entsprechend seiner Abstimmung auf eine vorgegebene Schwingungsordnung in eine Tilgungsposition mit höherem Trägheitsmoment wechselt. Der Massering kann dabei an entsprechend ein Laufprofil ausbildenden Gleit- oder Wälzlagerstellen in Umfangsrichtung verlagerbar aufgenommen sein.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Aufteilung der Tilgermassen in mehrere, bevorzugt zwei bis sechs über den Umfang verteilte Tilger- wie Pendelmassen erwiesen, die auf entsprechenden Laufbahnen der Schwungmasse aufgenommen gleitend oder bevorzugt abwälzend aufgenommen sind. Die Ausgestaltung und Positionierung der Laufbahnen zueinander kann dabei die Art der Pendelbewegung der Pendelmassen gegenüber dem Schwungrad vorgeben. Beispielsweise können pro Pendelmasse zwei Wälzstellen mit jeweils an der Pendelmasse und dem Schwungrad eingebrachten Ausschnitten mit Laufbahnen für die Laufbahnen übergreifende Wälzkörper vorgesehen sein. Zwei sich axial gegenüberliegende Pendelmassen können mittels entsprechender Verbindungsmittel wie Abstandshaltern und dergleichen fest miteinander zu Pendelmassenpaaren verbunden sein, wobei für die Verbindungsmittel in der Schwungmasse entsprechende Ausnehmungen in Höhe des Schwingwinkels der Pendelmassen gegenüber der Schwungmasse vorgesehen sein können. Gegebenenfalls mit Puffern versehene Verbindungsmittel oder andere Anschläge können den Schwingwinkel der Pendelmassen gegenüber dem Schwungrad begrenzen.
Die Pendelmassen nehmen in dem Fliehkraftfeld abhängig von der Drehzahl beziehungsweise der Beschleunigung des Schwungrads einen vorgegebenen Schwingwinkel gegenüber dem Schwungrad ein, den sie bei vorliegenden Drehungleichförmigkeiten und abhängig von ihrer eingeprägten Schwingungsordnung verlassen, so dass das Trägheitsmoment des Schwungrads abhängig von den eingetragenen Drehungleichförmigkeiten geändert und diese dabei getilgt werden, indem die Pendelmassen durch Bahnänderungen wie Schwingwinkeländerungen Energie aufnehmen und anschließend wieder abgeben. Je nach Ausbildung und Positionierung wie Winkelpositionierung der Wälzstellen zueinander wird die Bewegung der Pendelmassen entlang des Schwingwinkels eingestellt. Beispielsweise kann eine Abwälzung der Pendelmassen entsprechend einem monofilar aufgehängten Pendel vorgegeben werden. Bevorzugt werden die Laufbahnen so ausgebildet, dass sich ein Bewegungsablauf der Pendelmassen entsprechend einem bifilar aufgehängten Pendel einstellt. Hierbei können durch entsprechende Ausbildung der Laufbahnen die Pendelmassen als sogenannte Parallelpendel, bei denen gedachte Pendelfäden eines bifilar aufgehängten Pendels parallel zueinander angeordnet sind, oder als sogenannte Trapezpendel mit nicht parallel zueinander angeordneten Pendelfäden vorgesehen werden. In gleicher Weise können bezogen auf einen Pendelruhepunkt über den Schwingwinkel durch entsprechende Ausbildung der Laufbahnen asymmetrische und/oder progressiv ansteigende oder degressiv abfallende Bewegungsabläufe der Pendelmassen, wie sie mittels Fadenpendel nicht beschrieben werden können, eingestellt werden. Hierdurch kann beispielsweise ein Abheben der Pendelmassen von den Laufbahnen bei extremen Betriebsbedingungen und dergleichen entgegen gewirkt werden.
Die Auslegung der Pendelmassen auf eine vorgegebene Schwingungsordnung erfolgt durch entsprechende Auswahl der Pendelmassen, des Schwingradius und des Schwingwinkels sowie der Vorgabe deren Bahnbewegung durch entsprechende Ausbildung der Laufbahnen.

Claims

Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zweizylinder-Verbrennungsmotor mit einer mit einem Schwungrad versehenen Kurbelwelle und einem Getriebe mit einer von der Kurbelwelle angetriebenen Getriebeeingangswelle, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Schwungrad mehrere auf unterschiedliche Schwingungsordnungen der Brennkraftmaschine abgestimmte, rotationssymmetrisch um eine Drehachse der Kurbel angeordnete Fliehkraftpendel vorgesehen sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Fliehkraftpendel auf die erste Schwingungsordnung und ein zweites Fliehkraftpendel auf die zweite Schwingungsordnung abgestimmt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendel bezogen auf die Drehachse axial nebeneinander angeordnet sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Fliehkraftpendel radial übereinander angeordnet sind.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Fliehkraftpendel aus mehreren, über den Umfang verteilten und gegenüber dem Schwungrad begrenzt verschwenkbaren Pendelmassen gebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelmassen zumindest eines Fliehkraftpendels gegenüber dem Schwungrad als Parallelpendel ausgebildet sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelmassen zumindest eines Fliehkraftpendels gegenüber dem Schwungrad als Trapezpendel ausgebildet sind.