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Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungstilger für eine rotierbare Trägereinheit mit einem Rotationszentrum, insbesondere für eine Reibkupplung, einen Drehmomentanker oder einen Zweimassenschwinger.
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In modernen Kraftfahrzeugen werden Motoren eingesetzt, die zunehmend bei geringen Drehzahlen betrieben werden. Gerade bei diesen geringen Drehzahlen werden die Eigenfrequenzen von Bauteilen im Antriebsstrang beziehungsweise in der Karosserie des Kraftfahrzeugs getroffen. Daher ist es notwendig, gerade diese tiefen Frequenzen auszugleichen. Hierfür ist es zum Beispiel bekannt, ein Fliehkraftpendel einzusetzen, wobei zur Tilgung von niedrigen Frequenzen hohe Massen eingesetzt werden müssen. Dies hat den Nachteil, dass die Effizienz der Momentenübertragung durch die hohe Massenträgheit reduziert wird. Zudem muss mit zunehmender Masse die Baugröße und/oder Fertigungskosten eines solchen Fliehkraftpendels zunehmen. Zudem treten die besonders tiefen Eigenfrequenzen singulär auf, zum Beispiel beim Anfahren. Ein Fliehkraftpendel hat jedoch den Nachteil, dass es lediglich für ein bestimmtes Frequenzspektrum eingerichtet ist.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungstilger für eine rotierbare Trägereinheit mit einem Rotationszentrum, welcher zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – ein Fliehkraftpendel mit einer Mehrzahl von Pendelmassen;
- – ein Dämpfungs- und/oder ein Vorspannmittel zum adaptiven Beeinflussen der Eigenfrequenz des Fliehkraftpendels, wobei das Dämpfungs- und/oder ein Vorspannmittel auf zumindest eine der Pendelmassen wirkt.
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Der hier vorgeschlagene Torsionsschwingungstilger umfasst ein Fliehkraftpendel mit einer Mehrzahl von Pendelmassen, wie es im Wesentlichen aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierbei sind eine Mehrzahl von Pendelmassen, in der Regel vier, an einer rotierbaren Scheibe befestigt, die hier als rotierbare Trägereinheit bezeichnet ist, wobei die Pendelmassen einen Bewegungsfreiraum haben. Eine übliche Umsetzung ist es, die Pendelmassen an Bolzen an der rotierbaren Trägereinheit aufzuhängen, wobei die Aufnahmelöcher der Pendelmassen gebogene Langlöcher sind, so dass sich die Pendelmassen entlang dieser Langlöcher auf dem Bolzen bewegen können. Hierbei sind die Pendelmassen und die Langlöcher derart ausgelegt, dass die Pendelmassen bei einer vorbestimmten Frequenz eine Tilgungsschwingung ausführen, so dass eine Eingangsschwingung ausgeglichen wird. Um die Funktion des Fliehkraftpendels von einer vorbestimmten Frequenz auf mehrere Frequenzen zu erweitern, ist hier vorgeschlagen, ein Dämpfungs- und/oder ein Vorspannmittel zur adaptiven Beeinflussung der Eigenfrequenz des Fliehkraftpendels einzusetzen. Ein solches Dämpfungs- und/oder Vorspannmittel ist zum
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Beispiel:
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- – eine Druckkammer für ein Fluid, die zumindest teilweise mit zumindest einer Pendelmasse in Kontakt kommt, wobei der Druck in der Kammer veränderlich ist;
- – ein Magnetfeld; und/oder
- – eine elektrostatische Kraft.
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Das Mittel erzeugt eine Dämpfung und/oder Vorspannung auf zumindest eine der Pendelmassen, so dass die Eigenfrequenz infolge dieser Dämpfung und/oder Vorspannung verändert wird. Diese Dämpfung und/oder Vorspannung kann zum Beispiel durch ein Magnetfeld erzeugt werden, welches veränderlich ist. Ebenfalls ist es möglich, diese Dämpfung und/oder Vorspannung durch eine elektrostatische Kraft zu erzeugen. Besonders bevorzugt wird ein adaptiver Dämpfer eingesetzt. Ein solcher adaptiver Dämpfer kann durch Einstellung des Dämpfungsmediums, zum Beispiel den Fluiddruck, oder durch eine Veränderung der Vorspannung des Dämpfers verändert werden. Ganz besonders bevorzugt wird eine direkte Übertragung auf zumindest eine der Pendelmassen durch eine beim Fliehkraftpendel angeordnete Druckkammer erzeugt. Diese Druckkammer ist zum Beispiel ein Teil des Nassraums einer nass ausgeführten Reibkupplung, wobei dann das Fluid der Druckkammer die Kühlflüssigkeit der Reibkupplung ist.
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Bei der Konfiguration mit der Druckkammer kann der Druck des Fluids in der Druckkammer verändert werden. Insbesondere bei einer Lastraumausführung der Druckkammer kann durch die üblicherweise vorhandene Pumpe zur Zwangskonvektion des Kühlflüssigkeit zur Veränderung des Drucks eingesetzt werden. Somit wird durch dieses Mittel eine Vorspannung beziehungsweise eine Dämpfung zumindest einer der Pendelmassen des Fliehkraftpendels erreicht, wodurch die Eigenfrequenz des Fliehkraftpendels veränderlich ist. Somit können insbesondere singuläre Frequenzen effektiv getilgt werden. Ganz besonders bevorzugt wird über die Pumpe für das Fluid eine Schwingung erzeugt, die auf die zumindest eine Pendelmasse übertragen wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungstilgers ist das Dämpfungs- und/oder Vorspannmittel eine Druckkammer und der Druck infolge der Winkelgeschwindigkeit der Trägereinheit veränderlich.
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Bei einer solchen bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkeit abhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Trägereinheit nach außen beschleunigt, wodurch der Druck in der Druckkammer mit der Winkelgeschwindigkeit zunimmt. Dies hat den Effekt, dass die Eigenfrequenz bei geringer Winkelgeschwindigkeit der Trägereinheit gering ist und bei hoher Winkelgeschwindigkeit der Trägereinheit erhöht wird. Dies bildet genau die Eigenschaften ab, bei denen zum Beispiel im Kraftfahrzeug beim Anfahren niedrige Frequenzen und beim Volllastbetrieb relativ hohe Frequenzen auftreten. Dies kann besonders effektiv umgesetzt werden, wenn die Druckkammer Teil des Nassraums einer Reibkupplung ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungstilgers ist das Dämpfungs- und/oder Vorspannmittel eine Druckkammer und der Druck infolge einer erhöhten Zufuhr der Flüssigkeit und/oder verminderten Abfuhr der Flüssigkeit veränderlich.
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Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform wird der Druck (zusätzlich) verändert, indem die Zufuhr der Flüssigkeit durch eine Pumpe erhöht wird und/oder durch die Auslassventile verringert wird. Auch diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn die Druckkammer einen Teil des Nassraums bildet, so dass die Pumpe für die Zwangskonvektion der Kühlflüssigkeit für diesen Zweck mitverwendet werden kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungstilgers ist das Dämpfungs- und/oder Vorspannmittel eine Druckkammer und die Flüssigkeit strömt an der Innenseite der zumindest einen Pendelmasse ein.
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Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass die Veränderung des Drucks die zumindest eine Pendelmasse bevorzugt in eine Richtung, nämlich nach außen, drückt. Dieser Effekt kann insbesondere dadurch verstärkt werden, dass seitlich zu einer solchen Pendelmasse die Flüssigkeit abgeführt wird, so dass der Druck der Flüssigkeit auf der Außenseite der Pendelmasse besonders gering ist und ein Druckgefälle über der Pendelmasse auftritt und besonders groß ist. Ganz besonders vorteilhaft ist diese Konfiguration, wenn der Druck in der Druckkammer infolge der Winkelgeschwindigkeit der Trägereinheit verändert wird. Dann trifft die radial nach außen beschleunigte Flüssigkeit auf die Innenseite der Pendelmasse, die in der Regel gekrümmt ist, und sorgt so für eine Vorspannung der Pendelmasse.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch eine Reibkupplung zum lösbaren Verbinden einer Abtriebswelle mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – zumindest ein Reibpaket, über das im verpressten Zustand ein Drehmoment übertragbar ist;
- – zumindest eine Trägereinheit zur Aufnahme eines Torsionsschwingungstilgers; und
- – zumindest einen Torsionschwingungstilger gemäß der obigen Beschreibung an der zumindest einen Trägereinheit.
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Eine solche Reibkupplung ist insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen eingerichtet, wobei eine Abtriebswelle einer Antriebseinheit, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Antriebsstrang, insbesondere dem Abtrieb über die Räder eines Kraftfahrzeugs, lösbar ermöglicht wird. Dabei wird ein Reibpaket eingesetzt, bei dem eine Anpressplatte und zumindest eine Reibscheibe miteinander verpressbar sind, so dass über die anliegende Reibkraft ein Drehmoment übertragbar ist. Die Reibkupplung weist dabei zumindest eine Trägereinheit auf, die zum Beispiel Bestandteil des Reibpakets sein kann, aber auch ein zusätzliches Bauteil der Reibkupplung. Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass der oben beschriebene Torsionsschwingungstilger auch an anderen Trägereinheiten im Drehmomentenübertragungsstrang, zum Beispiel beim Kraftfahrzeug zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Schaltgetriebe, angeordnet werden kann.
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Der Torsionsschwingungstilger ist in der Reibkupplung gemäß der obigen Beschreibung eingerichtet und bewerkstelligt den Ausgleich von unterschiedlichen Eingangsfrequenzen, die zu einer Vibration der Reibkupplung und/oder des Antriebsstrangs beziehungsweise des Kraftfahrzeugs führen kann. Vorteilhaft bei einer solchen Reibkupplung ist, dass die Anzahl der Torsionsschwingungstilger beziehungsweise Fliehkraftpendel gegenüber vorbekannten Reibkupplungen reduziert werden kann beziehungsweise das Spektrum der tilgbaren Eigenfrequenzen vergrößert wird, ohne dass die Reibkupplung vergrößert werden muss beziehungsweise deutlich vergrößert werden muss.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung ist die Reibkupplung nass ausgeführt und weist einen Nassraum auf.
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Bei einer solchen Ausführung der Reibkupplung ist es besonders vorteilhaft, den oben beschriebenen Torsionsschwingungstilger einzusetzen, weil dieser mit einer gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Fliehkraftpendel mit verringerter Masse eingesetzt werden kann. Insbesondere kann die Abnahme der Effizienz infolge der mit der Kühlflüssigkeit zunehmenden (beweglichen) Masse die Verwendung eines Nassraums in der Reibkupplung durch den hier vorgeschlagenen Torsionsschwingungstilger ausgeglichen werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung ist das Dämpfungs- und/oder Vorspannmittel eine Druckkammer und der Nassraum umfasst die Druckkammer.
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Bei dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung können die Funktionen der Veränderung der Tilgungsfrequenz und der Einsatz des Nassraums miteinander kombiniert werden, so dass der zusätzlich benötigte Bauraum reduziert wird, oder sogar Bauraum eingespart werden kann. Insbesondere eine fliehkraftabhängige Veränderung des Drucks in der Druckkammer infolge der Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Teile in der Reibkupplung ist eine besonders effiziente Betriebsweise der Reibkupplung mit einem solchen Torsionsschwingungstilger.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung ist im Nassraum radial nach innen versetzt zur Druckkammer im Bereich zumindest einer der Pendelmassen zumindest ein Flüssigkeitsauslass vorgesehen, so dass eine Veränderung des Drucks im Nassraum hauptsächlich auf die Innenseite der betreffenden Pendelmasse wirkt.
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Durch diese besonders vorteilhafte Konfiguration der Reibkupplung ist es möglich, ein Druckgefälle über die zumindest eine Pendelmasse von innen nach außen zu erzeugen. Dies ist insbesondere bei einer Ausführung vorteilhaft, bei der der Druck in der Druckkammer abhängig von der Winkelgeschwindigkeit gesteuert werden soll, weil hier die beschleunigte Flüssigkeit in Fliehrichtung auf die zumindest eine Pendelmasse auftrifft. Unterstützt werden kann dieser Effekt durch eine Abführung der Flüssigkeit seitlich außen an der Pendelmasse. Dadurch wird das Druckgefälle über die Pendelmasse erhöht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Reibkupplung gemäß der obigen Beschreibung umfasst.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden.
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Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Der oben beschriebene Torsionsschwingungstilger ist besonders vorteilhaft für moderne niedrigtourig laufende Verbrennungskraftmaschinen, die insbesondere zunehmend bei Kleinwagen eingesetzt werden. Ein solcher Torsionsschwingungstilger ist für eine Bandbreite von Frequenzen einsetzbar und spart somit den Einsatz einer Mehrzahl von Fliehkraftpendeln ein. Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: einen Torsionsschwingungstilger, und
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2: ein Kraftfahrzeug mit einer Reibkupplung.
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1 zeigt einen Torsionsschwingungstilger 1 im Ausschnitt, bei dem eine Pendelmasse 2 an einer Trägereinheit 3 aufgehängt ist. Unterhalb der Pendelmasse 2 befindet sich ein Flüssigkeitsauslass 4, durch den Flüssigkeit 5 in den Druckraum eintreten kann, wodurch das Dämpfungs- und/oder Vorspannmittel 8 gebildet wird. Die Pendelmasse 2 bildet auf der Trägereinheit 3 ein Fliehkraftpendel 7. Die eintretende Flüssigkeit 5 wirkt hauptsächlich auf die Innenseite 14 der Pendelmasse 2 und erzeugt so ein Druckgefälle über die Pendelmasse 2.
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In 2 ist ein Kraftfahrzeug 15 dargestellt, welches vor seiner Fahrerkabine 17 mit der Motorachse 19 quer zur Längsachse 18 des Kraftfahrzeugs 15 eine Antriebseinheit 16 aufweist, die hier schematisch als Verbrennungskraftmaschine dargestellt ist. Die Antriebseinheit 16 ist über ihre Abtriebswelle 10 mittels einer Reibkupplung 9 mit einem rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 11 lösbar verbindbar. Hierzu ist in der Reibkupplung 9 ein Reibpaket 12 vorgesehen, welches in einem Nassraum 13 angeordnet ist. Weiterhin ist in diesem Beispiel eine Trägereinheit 3 vorgesehen, die zum Beispiel ein Zweimassenschwinger sein kann, die einen Torsionsschwingungstilger 1, wie er zum Beispiel in 1 dargestellt ist, aufnimmt. Die rotierenden Komponenten der Reibkupplung 9 rotieren dabei um das Rotationszentrum 6, welches mit der Motorachse 19 kongruent ist.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Torsionsschwingungstilger können mit einfachen Mitteln verschiedene Frequenzen, insbesondere niedrige Frequenzen beim Anfahren beim Kraftfahrzeug und hohe Frequenzen beim Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges, ausgeglichen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Torsionsschwingungstilger
- 2
- Pendelmasse
- 3
- Trägereinheit
- 4
- Flüssigkeitsauslass
- 5
- Flüssigkeit
- 6
- Rotationszentrum
- 7
- Fliehkraftpendel
- 8
- Dämpfungs- und/oder Vorspannmittel
- 9
- Reibkupplung
- 10
- Abtriebswelle
- 11
- Antriebsstrang
- 12
- Reibpaket
- 13
- Nassraum
- 14
- Innenseite
- 15
- Kraftfahrzeug
- 16
- Antriebseinheit
- 17
- Fahrerkabine
- 18
- Längsachse
- 19
- Motorachse
