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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger, umfassend eine rotierbare Trägerscheibe und mehrere Pendelmassen, welche an der Trägerscheibe im Einzelnen pendelnd angelenkt und dabei zu der Trägerscheibe entlang zugehöriger Pendelbahnen relativbewegbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Drehschwingungsdämpfer, bei welchem mindestens ein vorgenannter Drehschwingungstilger zur Anwendung kommt.
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In Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen kommen üblicherweise Drehschwingungsdämpfer, zumeist in Form von Zweimassenschwungrädern, zur Abdämpfung von Drehschwingungen zur Anwendung. Diese Drehschwingungen, welche ihre Ursache in betriebsbedingten Drehungleichförmigkeiten einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges haben, hätten bei ungedämpfter Einleitung in den nachfolgenden Antriebsstrang störende Brumm- und Getrieberasselgeräusche zur Folge, die über den Körperschall- und Luftschallweg auch in einen Innenraum des jeweiligen Fahrzeuges gelangen und dabei den Fahrkomfort mindern würden. Zudem könnten die Drehschwingungen auch dynamische Drehmomentüberhöhungen hervorrufen, welche sich negativ auf die Lebensdauer von Bauteilen des nachfolgenden Antriebsstranges, insbesondere des Getriebes, auswirken würden. Zur Verbesserung der Entkoppelungsgüte bei Drehschwingungsdämpfern kommen zudem häufig Drehschwingungstilger zum Einsatz, welche eine variable, sich proportional zur Drehzahl verändernde Eigenfrequenz besitzen. Dabei kann die Dämpfungswirkung des jeweiligen Drehschwingungsdämpfers über einen derartigen Drehschwingungstilger deutlich verbessert werden, indem der jeweilige Tilger auf bestimmte Anregungen der jeweiligen Brennkraftmaschine, üblicherweise Anregungen der zweiten Motorordnung, welche insbesondere durch eine Zündfrequenz der Brennkraftmaschine verursacht werden, abgestimmt ist.
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Aus der
DE 10 2009 051 724 A1 geht ein Drehschwingungsdämpfer in Form eines Zweimassenschwungrades hervor, welcher einen Drehschwingungstilger umfasst. Bei diesem Drehschwingungstilger sind dabei mehrere Pendelmassen an einer rotierbaren Trägerscheibe pendelnd angelegt und können relativ zu der Trägerscheibe entlang zugehöriger Pendelbahnen Relativbewegungen ausführen.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehschwingungstilger zu schaffen, über welchen mehrere Anregungsordnungen bei gleichzeitig kompaktem Aufbau getilgt werden können.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Drehschwingungsdämpfer, bei welchem mindestens ein erfindungsgemäßer Drehschwingungstilger zur Anwendung kommt, geht zudem aus den Ansprüchen 8 bis 10 hervor.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Drehschwingungstilger eine rotierbare Trägerscheibe und mehrere Pendelmassen, welche an der Trägerscheibe im Einzelnen pendelnd angelenkt und dabei zu der Trägerscheibe entlang zugehöriger Pendelbahnen relativbewegt werden können. Bei dem Drehschwingungsdämpfer, bei welchem dann mindestens ein erfindungsgemäßer Drehschwingungstilger zur Anwendung kommt, handelt es sich bevorzugt um ein Zweimassenschwungrad für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, bei welchem auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise eine verbrennungsmotorseitige Primärmasse mit einer getriebeseitigen Sekundärmasse über ein Feder-Dämpfungssystem verbunden ist.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Pendelmassen des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers zu mindestens einem Pendelmassenpaar zusammengefasst sind, bei welchem die beiden zugehörigen Pendelmassen über zumindest ein zwischenliegendes Federelement miteinander gekoppelt sind. Mit anderen Worten sind also die Pendelmassen paarweise zusammengefasst, wobei bei einem Pendelmassenpaar zumindest ein Federelement zwischen den beiden zugehörigen Massen vorgesehen ist, welches eine Verbindung zwischen den Pendelmassen herstellt.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Drehschwingungstilgers hat dabei den Vorteil, dass durch die Koppelung der zugehörigen Pendelmassen eines Pendelmassenpaares ein Schwingungssystem mit zwei Eigenkreisfrequenzen dargestellt werden kann, über welches dementsprechend zwei Drehungleichförmigkeitsordnungen getilgt werden können. Denn aufgrund der Koppelung der beiden Pendelmassen eines Pendelmassenpaares schwingen die beiden Pendelmassen im Anregungsfall der ersten Eigenkreisfrequenz gleichphasig, wohingegen im Anregungsfall der zweiten Eigenkreisfrequenz ein gegenphasiges Schwingen der beiden Pendelmassen auftritt. In der Folge bewirken beide Pendelmassen eines Pendelmassenpaares gemeinsam die Tilgung von Drehschwingungen sowohl mit der einen als auch der anderen Eigenkreisfrequenz, so dass die Pendelmassen bei entsprechender Auslegung stets an der Tilgung relevanter Drehschwingungen beteiligt sind. Dementsprechend ist eine Tilgung von zwei Drehschwingungsordnungen bei einer geringen Anzahl an Pendelmassen und damit auch einer geringen Gesamtpendelmasse möglich, was einen entsprechend kompakten Aufbau und ein geringes Gewicht ermöglicht.
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Die Tilgung zweier Drehungleichförmigkeitsordnungen ist dabei insbesondere bei Antriebssträngen von Interesse, bei welchen bei einer Brennkraftmaschine Zylinderabschaltungen realisiert werden können, um im Teillastbereich der Brennkraftmaschine den Kraftstoffverbrauch und damit auch einen CO2-Ausstoß zu reduzieren. Denn das Abschalten einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine hat einen wesentlichen Einfluss auf die Anregungsordnungen der Drehungleichförmigkeiten. So verschiebt sich eine Hauptanregungsordnung bei Abschaltung von Zylindern im Vergleich zu einem vollbefeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine, bei welchem Anregungen bei einer zweiten Motorordnung auftreten, in den Bereich einer ersten Motorordnung. Dies hätte bei Verwendung eines Drehschwingungstilgers mit nur einen Eigenkreisfrequenz zur Folge, dass eine unzureichende Tilgung im Bereich einer der Ordnungen auftreten würde. Die Folge wäre eine entsprechende Komfortminderung, sowie eine höhere Belastung von Bauteilen des nachfolgenden Antriebsstranges.
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Bei einem Drehschwingungstilger, wie er in der
DE 10 2009 051 724 A1 beschrieben ist, könnte auf dieses Vorhandensein zweier dominierender Drehungleichförmigkeitsordnungen nur reagiert werden, indem von den vorhandenen Pendelmassen eine oder mehrere Pendelmassen zur Tilgung der Drehschwingungen der einen Ordnung herangezogen und ein oder mehrere Massen zur Tilgung von Drehschwingungen der jeweils anderen Ordnung verwendet werden. In der Folge sind die vorzusehenden Pendelmassen jeweils nur an der Tilgung einer der dominierenden Drehungleichförmigkeitsordnungen beteiligt, was zur Darstellung einer ausreichenden Tilgung eine entsprechend große Anzahl an Pendelmassen zur Folge hätte. Da zudem in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen verhältnismäßig hohe Drehschwingungsamplituden zu tilgen und Pendelmassen dementsprechend groß auszuführen sind, hätte dies ein hohes Gesamtgewicht, sowie einen höheren Platzbedarf eines Drehschwingungstilgers zur Folge.
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Im Sinne der Erfindung ist bei einem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger bevorzugt eine gerade Anzahl an Pendelmassen vorgesehen, wobei alle Pendelmassen dabei dann paarweise zusammengefasst sind. Unter Umständen ist es allerdings ebenso gut auch denkbar, eine ungerade Anzahl an Pendelmassen vorzusehen, wobei dann eine Pendelmasse ungekoppelt verbleibt.
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Innerhalb eines Pendelmassenpaares können die beiden Pendelmassen über ein oder mehrere zwischenliegende Federelemente miteinander gekoppelt sein, wobei das oder die Federelemente dabei insbesondere in Umfangsrichtung gesehen zwischen den Pendelmassen angeordnet sind. Ferner handelt es sich bei dem zumindest einen Federelement insbesondere um eine Schraubenfeder, es sind jedoch auch anderweitige Ausführungen denkbar.
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Zur Auslegung der beiden Eigenkreisfrequenzen des Drehschwingungstilgers werden bei dem mindestens einen Pendelmassenpaar eine Masse der jeweiligen Pendelmasse, ein jeweiliges Trägheitsmoment der jeweiligen Pendelmasse, ein Abstand eines Drehzentrums der Trägerscheiber zu einem effektiven Anlenkpunkt der jeweiligen Pendelmasse, ein Abstand des effektiven Anlenkpunktes der jeweiligen Pendelmasse zu deren jeweiligen Schwerpunkt, sowie eine Federsteifigkeit des zumindest einen zwischenliegenden Federelements variiert. Durch Abstimmung der vorgenannten Parameter aufeinander können dann die für den jeweiligen Einsatzfall geeigneten Eigenkreisfrequenzen des Drehschwingungstilgers definiert werden.
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Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das zumindest eine Federelement an Masseschwerpunkten der zugehörigen Pendelmassen angebunden. Hierdurch wird ein Verkippen der Pendelmassen im Rahmen der Koppelung zuverlässig unterbunden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Federsteifigkeit des zumindest einen Federelements in Abhängigkeit einer Drehzahl der Trägerscheibe adaptierbar. Dies hat den Vorteil, dass eine optimale Entkoppelungsgüte über einen breiten Drehzahlbereich erzielt werden kann. Bevorzugt ist die Federsteifigkeit dabei über die Fliehkraft adaptierbar, wodurch eine passive adaptive Regelung der Federsteifigkeit realisiert werden kann, da die Fliehkraft direkt proportional zu einem Quadrat der Drehzahl ist. Es kann jedoch ebenso gut auch eine anderweitige passive, semiaktive oder aktive Anpassung der Federsteifigkeit vorgesehen sein.
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Es ist eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, dass das je eine Federelement seitens der Trägerscheibe quer zu einer Koppelungsrichtung der beiden zugehörigen Pendelmassen geführt ist. Eine derartige Ausgestaltung eines Drehschwingungstilgers hat dabei den Vorteil, dass auch ein Verkippen des zumindest einen Federelements bei einer Koppelung der beiden Pendelmassen verhindert werden kann, was, ähnlich wie ein Verkippen der beiden Pendelmassen, eine Funktion des Schwingungssystems negativ beeinflussen würde.
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In Weiterbildung der Erfindung ist bei dem mindestens einen Pendelmassenpaar die eine Pendelmasse mit einer ersten effektiven Pendellänge an einem ersten effektiven Anlenkpunkt der Trägerscheibe angelenkt, welche unter einem ersten Abstand zu einem Drehzentrum der Trägerscheibe liegt. Hingegen ist die andere Pendelmasse des mindestens einen Pendelmassenpaars mit einer zweiten effektiven Pendellänge an einem zweiten effektiven Anlenkpunkt der Trägerscheibe angelenkt, der unter einem zweiten Abstand zu dem Drehzentrum der Trägerscheibe liegt. Die Pendelmassen des mindestens einen Pendelmassenpaars sind also mit unterschiedlichen Abständen zum Drehzentrum der Trägerscheibe angelenkt und zudem mit unterschiedlichen Pendellängen geführt. Wie zudem eingangs beschrieben, können sich die Pendelmassen auch hinsichtlich ihrer Masse, sowie ihres Trägheitsmoments unterscheiden. Im Sinne der Erfindung ist es jedoch auch denkbar, die Pendelmassen von ihrer Masse, ihrem Trägheitsmoment, dem effektiven Anlenkpunkt, sowie der effektiven Pendellänge gleich auszuführen.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Pendelmassen des mindestens einen Pendelmassenpaars jeweils über zwei Kolbenbolzen an der Trägerscheibe angelenkt, wobei die einer Pendelmasse zugeordneten Koppelbolzen unter einem Abstand zu einem Drehzentrum der Trägerscheibe liegen und seitens der zugehörigen Pendelmasse in je zugehörige Koppelbohrungen einfassen. In der Folge wird eine Zweipunktaufhängung der jeweiligen Pendelmasse an der Trägerscheibe ausgebildet, wobei die unter einem Abstand zum Drehzentrum liegenden Koppelbolzen dabei einen effektiven Anlenkpunkt der jeweiligen Pendelmasse definieren. Eine Definition der effektiven Pendellänge erfolgt durch Zusammenspiel der Koppelbolzen mit den Koppelbohrungen. Die Pendelmassen sind dabei bevorzugt nierenförmig gestaltet.
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Bei einem Drehschwingungsdämpfer, welcher insbesondere in Form eines Zweimassenschwungrades ausgeführt ist, ist der mindestens eine Drehschwingungstilger dann auf Seiten einer Sekundärmasse, d. h. im Antriebsstrang seitens des Getriebes, vorgesehen. Ferner verfügt der mindestens eine Drehschwingungstilger dabei bevorzugt über zwei Pendelmassenpaare.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 ein physikalisches Modell eines erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
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2 eine Umsetzung des Drehschwingungstilgers aus 1 bei einem Zweimassenschwungrad.
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In 1 ist ein physikalisches Modell eines Drehschwingungstilgers 1 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei diesem Drehschwingungstilger 1 ist eine rotierbare Trägerscheibe 2 vorgesehen, an welcher zwei Pendelmassen 3 und 4 angelenkt sind. Dabei weist die Pendelmasse 3 eine Masse m1 und ein Trägheitsmoment JT1 auf, während die Pendelmasse 4 mit einer Masse m2 und einem Trägheitsmoment JT2 ausgeführt ist.
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Wie des Weiteren in 1 zu erkennen ist, sind die beiden Pendelmassen 3 und 4 unterschiedlich an der Trägerscheibe 2 angelenkt, indem die Pendelmasse 3 mit einer effektiven Pendellänge L1 an einem effektiven Anlenkpunkt x1 anknüpft, welcher hierbei unter einem Abstand R1 zu einem Drehzentrum 5 der Trägerscheibe 2 liegt, wohingegen dies im Falle der Pendelmasse 4 an einem effektiven Anlenkpunkt x2 und einem Abstand R2, sowie unter einer effektiven Pendellänge L2 verwirklicht ist.
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Als Besonderheit werden bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger 1 nun zwei Eigenkreisfrequenzen dadurch definiert, dass die beiden Pendelmassen 3 und 4 zu einem Pendelmassenpaar 6 zusammengefasst sind, indem beide Pendelmassen 3 und 4 mittels eines Federelements 7 miteinander gekoppelt sind. Diese Koppelung hat dabei zur Folge, dass die Pendelmassen 3 und 4 im Anregungsfall einer ersten Eigenkreisfrequenz gleichphasig schwingen, während im Anregungsfall einer zweiten Eigenkreisfrequenz ein gegenphasiges Schwingen der Pendelmassen 3 und 4 auftritt. Infolge dessen ist der Drehschwingungstilger 1 dazu in der Lage, Anregungen mit den beiden Eigenkreisfrequenzen und bei entsprechender Auslegung zwei dominierende Drehungleichförmigkeitsordnungen zu tilgen, wobei an der jeweiligen Tilgung beide Pendelmassen 3 und 4 gleichzeitig beteiligt sind.
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Das Federelement 7 ist im vorliegenden Fall mit einer Federsteifigkeit c ausgeführt, die sich in Abhängigkeit einer Drehzahl der Trägerscheibe 2 verändert, wobei diese Anpassung dabei unter Ausnutzung der Fliehkraft vorgenommen wird. Wie zudem in 1 zu erkennen ist, fasst das Federelement 7 sowohl seitens der Pendelmasse 3 als auch der Pendelmasse 4 jeweils in einem Masseschwerpunkt an. Hierdurch wird ein ungewolltes Verkippen der Pendelmassen 3 und 4 bei Ausführen von Bewegungen auf je zugehörigen Pendelbahnen bei der Koppelung über das Federelement 7 verhindert.
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In 2 ist zudem eine Seitenansicht eines Drehschwingungsdämpfers in Form eines Zweimassenschwungrades 8 zu sehen, welcher sich auf dem Fachmann prinzipiell bekannte Art und Weise aus einer Primärmasse 9 und einer Sekundärmasse 10 zusammensetzt. Dabei ist die Primärmasse 9 im verbauten Zustand des Zweimassenschwungrades 8 in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges seitens einer Brennkraftmaschine und die Sekundärmasse 10 auf Seiten eines nachgeschalteten Getriebes vorgesehen ist. Die Primärmasse 9 und die Sekundärmasse 10 sind zudem über zwischenliegende Bogenfedern 11 in Umfangsrichtung miteinander gekoppelt.
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Seitens der Sekundärmasse 10 ist das Zweimassenschwungrad 8 nun mit dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger 1 ausgestattet, wobei dieser bei der konkreten Umsetzung gegenüber dem physikalischen Modell in 1 neben dem Pendelmassenpaar 6 noch mit einem weiteren Pendelmassenpaar 12 ausgestattet ist, das jedoch vom Aufbau und der Anbindung her dem Pendelmassenpaar 6 entspricht. Die in 1 vorhandene Trägerscheibe 2 des Drehschwingungstilger 1 wird bei der Anwendung bei dem Zweimassenschwungrad 8 in 2 durch die Sekundärmasse 10 gebildet.
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Wie in 2 zu erkennen ist, wird eine Anbindung der nierenförmig gestalteten Pendelmassen 3 und 4 an die Sekundärmasse 10 über Koppelbolzen 13 bzw. 14 vorgenommen, welche jeweils unter dem zugehörigen Abstand R1 bzw. R2 zu einem Drehpunkt der Sekundärmasse 10 liegen. Auf den Koppelbolzen 13 bzw. 14 ist die jeweilige Pendelmasse 3 bzw. 4 dann mit je zugehörigen Koppelbohrungen 15 bzw. 16 aufgenommen, die im Zusammenspiel mit den Koppelbolzen 13 bzw. 14 die effektiven Pendellängen L1 bzw. L2 des physikalischen Modells aus 1 definieren.
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Das die Pendelmassen 3 und 4 miteinander koppelnde Federelement 7 ist zudem quer zu einer Koppelungsrichtung der beiden Pendelmassen 3 und 4, d. h. in radialer Richtung, seitens der Sekundärmasse 10 geführt, wodurch neben der Verhinderung eines Verkippens der Pendelmassen 3 und 4 auch ein Verkippen des Federelements 7 bei der Koppelung unterbunden wird. Die Führung des Federelements 7 wird dabei durch eine entsprechende Vertiefung in der Sekundärmasse 10 gebildet, in welcher das Federelement 7 die beiden Pendelmassen 3 und 4 koppelnd verläuft.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Drehschwingungstilgers können zwei unterschiedliche Eigenkreisfrequenzen zuverlässig bei gleichzeitig kompaktem Aufbau und geringem Gewicht getilgt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungstilger
- 2
- Trägerscheibe
- 3
- Pendelmasse
- 4
- Pendelmasse
- 5
- Drehzentrum
- 6
- Pendelmassenpaar
- 7
- Federelement
- 8
- Zweimassenschwungrad
- 9
- Primärmasse
- 10
- Sekundärmasse
- 11
- Bogenfedern
- 12
- Pendelmassenpaar
- 13
- Koppelbolzen
- 14
- Koppelbolzen
- 15
- Koppelbohrungen
- 16
- Koppelbohrungen
- m1, m2
- Massen
- JT1, JT2
- Trägheitsmomente
- L1, L2
- effektive Pendellängen
- x1, x2
- effektive Anlenkpunkte
- R1, R2
- Abstände
- c
- Federsteifigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009051724 A1 [0003, 0010]
