DE102018131111A1

DE102018131111A1 - Schwingungstilger für ein Kraftfahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102018131111A1
Application number: DE102018131111.7A
Authority: DE
Inventors: Tony Zeiss; Christian Hartmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger (10) zur Tilgung von Schwingungen in einem Kraftfahrzeuggetriebe (1), wobei der Schwingungstilger (10) als ein Speichentilger (11) mit einer drehfest mit einer Getriebewelle (3) des Kraftfahrzeuggetriebes befestigbaren Nabe (12), einer Mehrzahl von an der Nabe (12) befestigten und in radialer Richtung aus der Nabe (12) vorstehenden Speichen (13) sowie einem Außenring (14), welcher die Speichen an ihrer der Nabe (12) abgewandten Ende (30) miteinander verbindet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeuggetriebe (1), insbesondere ein Planetengetriebe (2), wobei zumindest ein Getriebewelle (3) drehfest mit der Nabe (12) des Schwingungstilgers (10) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger für ein Kraftfahrzeuggetriebe sowie ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem solchen Schwingungstilger gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Bei Getrieben kommt es durch systeminterne Schwingungsanregungen und durch externe Schwingungsanregungen und die Übertragung von Körperschall zu Geräuschen. Eine Hauptgeräuschquelle sind unter Last abrollende Zahnflanken von in Eingriff stehenden Zahnrädern, da es aufgrund von den beim Abrollen auftretenden Kräften und Momenten zu Schwingungsanregungen kommt, welche als Getrieberasseln oder Getriebeheulen wahrgenommen werden. Daneben können auch an anderen Stellen des Getriebes, beispielsweise durch Abrollgeräusche der Wälzlager, Schaltsysteme, Losteilrasseln oder Ähnliches Geräusche entstehen. Diese in dem Getriebe erzeugten Geräusche werden als Körperschall über Zahnräder, Getriebewellen und Lager auf das Getriebegehäuse übertragen und von dort als Luftschall an die Umgebung abgegeben oder in Form von Körperschall auf die Struktur einer das Getriebe umfassenden Maschine, insbesondere auf eine Fahrzeugstruktur eines Kraftfahrzeuges, weitergeleitet und sind unerwünscht.
Um die Geräuschentwicklung in einem Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere bei einem Planetengetriebe zu reduzieren, können Maßnahmen ergriffen werden, um die Schwingungsanregung zu minimieren, welche als Primärmaßnahmen bezeichnet werden. Ferner können Sekundärmaßnahmen ergriffen werden, um die Übertragung von Schallwellen auf das Getriebegehäuse oder ein Abstrahlen von Schallwellen von dem Getriebegehäuse des Planetengetriebes zu reduzieren. Zu den Primärmaßnahmen zählen beispielsweise den Steifigkeitsverlauf der Zahnflanken sowie die Abweichungen zwischen den Zahnflanken zu optimieren. Dies führt jedoch in der Regel zu einer deutlichen Erhöhung der Fertigungskosten, da diese Maßnahmen mit geringeren Fertigungstoleranzen und damit verbundenen höheren Bearbeitungszeiten der Bauteile einhergehen. Zudem können diese Maßnahmen nicht in allen Lastfällen zur Geräuschminimierung beitragen, sodass diese Primärmaßnahmen in der Regel nicht als alleinige Maßnahmen zur Geräuschreduzierung geeignet sind.
Zu den Sekundärmaßnahmen, mit denen die Übertragung von Schallwellen auf das Getriebegehäuse und die Abstrahlung der Schallwellen minimiert werden sollen, zählen verschiedene Arten von Dämmungs- und Dämpfungsmaßnahmen sowie Maßnahmen, die auf eine Veränderung des Eigenschwingverhaltens der maßgeblich an der Körperschallentwicklung und Körperschallleitung beteiligten Komponenten abzielen.
Aus der DE 197 01 178 A1 ist ein Lagerring für ein Wälzlager bekannt, wobei der Lagerring als geteilter Lagerring mit einer inneren und einer äußeren Lagerschale ausgeführt ist, welche mit einem radialen Abstand zueinander angeordnet sind. In dem Zwischenraum zwischen den beiden Lagerschalen ist ein, die beiden Lagerschalen drehfest verbindendes Element in Form eines Drahtgestricks vorgesehen, welches eine Schwingungsübertragung zwischen dem inneren Lagerring und dem äußeren Lagerring reduzieren soll, in dem die Schwingungen durch das Drahtgestrick gedämpft werden.
Aus der DE 10 2005 007 986 A1 ist ein Gewindering zur Schallisolierung von Lagerstellen bekannt, wobei an dem Gewindering eine Geräuschdämpfungseinrichtung zur Schallisolierung der Lagerstelle angeordnet ist. Die Geräuschdämpfungseinrichtung umfasst einen Metallring, auf dessen Außen- und/oder Innenseite ein Gewindeabschnitt mit einem vorbestimmten Gewindegang ausgebildet ist. Dabei ist der Metallring zwischen dem Außenring und einer Fixiereinrichtung des Lagerelements eingeklemmt.
Aus der DE 10 2014 118 553 A1 ist ein Wälzlager für ein Fahrzeuggetriebe bekannt, welches einen Innenring, einen Außenring und mehrere zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Wälzkörper aufweist. Das Wälzlager weist ferner eine aus einem schwingungsdämpfenden Material bestehende Dämpfungsschicht auf, die so in dem Außenring und/oder dem Innenring und/oder an einem das Wälzlager an seinem Außenumfang umgebenden Adapterring angeordnet ist, dass der Außenring und/oder der Innenring und/oder der Adapterring durch die Dämpfungsschicht in zwei voneinander unabhängige Teile geteilt ist.
Aus der DE 10 2015 201 873 A1 ist ein Zahnrad für ein Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, wobei das Zahnrad aus einem Sintermetall hergestellt ist und neben der Porosität des Sintermaterial zumindest ein weiteres Schallminderungsmittel, beispielsweise eine schalloptimierte Geometrie des Zahnrades oder eine schwingungsdämpfende Beschichtung aufweist.
Die DE 1 575 388 B offenbart eine Wellenleitung für einen Schiffsantrieb, auf welcher ein schwingungsdämpfendes Material zur Drehschwingungsdämpfung aufgetragen ist. Dabei ist vorgesehen, dass auf der Wellenleitung mit dieser fest verbundene oder einstückig mit dieser Wellenleitung ausgebildete starre steg- oder zapfenartige Elemente in im Wesentlichen regelmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen den Elementen mit dem Dämpfungsmaterial ausgefüllt sind.
Darüber hinaus ist aus der WO 2016 / 177 961 A1 ein Schwingungsdämpfer für ein rotierendes Bauteil bekannt, wobei der Schwingungsdämpfer mehrere Stege aufweist, welche sternförmig aus einer Rotornabe hervorstehen, wobei jeder der Stege an eine entsprechende Frequenz angepasst ist.
Nachteilig an solchen Dämpfungssystemen ist jedoch, dass sie stets zwischen zwei Körpern eingeklemmt sind und die Schwingen unmittelbar in Wärme umgesetzt werden. Dabei wird die Steifigkeit durch das eingespannte Dämpfungselement herabgesetzt, wodurch die Gefahr von Funktionsstörungen des Planetengetriebes zunimmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Getriebe die Geräuschentwicklung auf alternative Art und Weise zu reduzieren und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Schwingungstilger zur Tilgung von Schwingungen in einem Kraftfahrzeuggetriebe gelöst, wobei der Schwingungstilger als ein Speichentilger mit einer drehfest mit einer Getriebewelle des Kraftfahrzeuggetriebes befestigbaren Nabe, einer Mehrzahl von an der Nabe befestigten und in radialer Richtung aus der Nabe vorstehenden Speichen sowie einem Außenring, welcher die Speichen an ihrer der Nabe abgewandten Ende miteinander verbindet. Unter einem Schwingungstilger ist in diesem Zusammenhang ein schwingfähiges Element zu verstehen, dessen Eigenfrequenz auf die zu eliminierende Schwingungsfrequenz des Systems eingestellt wird. Bei diesen Frequenzen kann der Schwingungstilger große Auslenkungen ausführen, welche der entsprechenden Getriebekomponente Schwingungsenergie entzieht, welche für die Schwingungen des Schwingungstilgers genutzt wird. Wo der Schwingungstilger im Kraftfahrzeuggetriebe angebracht wird, hängt von dem Geräuschproblem ab, welches man eliminieren möchte. Der Weg, welcher der Körperschall im Kraftfahrzeuggetriebe nimmt, hängt maßgeblich davon ab, wo die Anregung im Kraftfahrzeuggetriebe entsteht. Im Fall der Verzahnung ist dies zwischen dem aktiv in Eingriff stehenden und das Drehmoment übertragenden Zahnradsatz des Kraftfahrzeuggetriebes. Durch eine messtechnische und/oder simulative Untersuchung kann herausgefunden werden, wo der Schwingungstilger am sinnvollsten platziert wird. Die Speichen des Speichentilgers repräsentieren dabei die Federn und der Außenring die benötigte Masse des Schwingungstilgers. Die Frequenz des Schwingungstilgers lässt sich über die Geometrie der Speichen und den Durchmesser des Außenrings einstellen. Die Nabe ist dabei fest mit einer Getriebewelle des Kraftfahrzeuggetriebes verbunden. Der Schwingungstilger entzieht bei dieser Frequenz der Getriebewelle des Kraftfahrzeuggetriebes Schwingungsenergie für seine eigene Schwingungsbewegung.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Schwingungstilgers möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der Nabe in axialer Richtung zwei oder mehr Tilgerscheiben angeordnet sind, wobei die Speichen einer Tilgerscheibe jeweils durch einen Außenring miteinander verbunden sind. Durch zwei Tilgerscheiben kann mehr Energie aus der Getriebewelle entzogen werden, wodurch die Schwingungsneigung der Getriebewelle weiter reduziert werden kann. Ferner können durch unterschiedliche Tilgerscheiben unterschiedliche Frequenzen getilgt werden, wodurch die Wirksamkeit des Schwingungstilgers weiter verbessert werden kann
Bevorzugt ist dabei, wenn zwei oder mehr gleiche Tilgerscheiben auf der Nabe angeordnet sind. Durch mehrere gleiche Tilgerscheiben kann eine besonders intensive Schwingungstilgung im Bereich einer Resonanzfrequenz der Getriebewelle erfolgen. In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei oder mehr gleiche Tilgerscheiben axial miteinander verbunden sind. Die axiale Fixierung kann insbesondere durch ein Verklemmen oder ein Verschrauben der Tilgerscheiben erfolgen. Durch eine axiale Fixierung von Tilgerscheiben gleicher Tilgungsfrequenz kann die Stabilität des Schwingungtilgers erhöht werden. Dabei kann die schwingfähige Masse erhöht werden, um die Effizienz des Schwingungstilgers zu verbessern.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Speichen der unterschiedlichen Tilgerscheiben unterschiedliche Längen aufweisen. Durch Tilgerscheiben mit unterschiedlicher Speichenlänge können auf einfache Art und Weise Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen getilgt werden. Alternativ können auch unterschiedliche Werkstoff für die Speichen der Tilgerscheiben verwendet werden, um unterschiedliche Frequenzen der Schwingungen der Getriebewelle zu tilgen. Durch eine gezielte axiale Verklemmung von Tilgerscheiben unterschiedlicher Frequenz kann zwischen den Tilgerscheiben zusätzlich eine Fügestellendämpfung erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Außenringe der unterschiedlichen Speichenebenen unterschiedliche Breiten, unterschiedliche Materialien, unterschiedlichen Materialstärken und/oder unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Außenrings kann ebenfalls auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Tilgung unterschiedlicher Schwingungen erfolgen.
In einer weiteren Verbesserung des Schwingungstilgers ist vorgesehen, dass der Schwingungstilger eine Mehrzahl von Tilgerscheiben aufweist, wobei zwischen den Tilgerscheiben Abstandshalter angeordnet sind. Durch Abstandshalter wird ein Kontakt der einzelnen schwingfähigen Elemente miteinander vermieden, sodass ein Zusammentreffen der schwingfähigen Elemente und eine daraus resultierende Lärmbelästigung oder Beschädigung vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Außenring aus mehreren Blechen aufgebaut ist. Durch einen Aufbau des Außenrings aus mehreren Blechen kann zum einen die schwingfähige Masse erhöht werden. Zum anderen kann für jede Blechschicht auch eine andere Abstimmungsfrequenz des Schwingungstilgers realisiert werden. Somit ist es möglich den Schwingungstilger für einen breiteren Frequenzbereich nutzbar zu machen.
Erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeuggetriebe mit mindestens einer Getriebewelle und einem erfindungsgemäßen Schwingungstilger vorgeschlagen, wobei der Schwingungstilger drehfest mit der Getriebewelle verbunden ist. Durch einen an der Getriebewelle fixierten Schwingungstilger kann die Resonanzfrequenz der Getriebewelle verschoben werden. Die kann die Getriebegeräusche des Kraftfahrzeuggetriebes reduzieren, da die Weiterleitung von Körperschall an den Lagerstellen der Getriebewelle durch eine geringere Schwingung der Getriebewelle verringert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeuggetriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist, wobei der Schwingungstilger mit einer Sonnenwelle des Planetengetriebes verbunden ist. Dabei erfolgt eine Anregung insbesondere durch die Kräfte und Schwingungen, die beim Abrollen einer Zahnflanke eines Planetenrads auf der Zahnflanke des Hohlrads oder Sonnenrads entstehen. Da diese Kräfte im Wesentlichen die Ursache für Getriebegeräusche wie ein Getriebepfeifen oder ein Getriebeheulen sind, kann ein Tilgen dieser Schwingungen durch ein schwingfähiges Element des Schwingungstilgers wesentlich dazu beitragen, die Getriebegeräusche des Planetengetriebes zu reduzieren.
In einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schwingungstilger auf einer Getriebewelle angeordnet ist, welche den Antriebsmotor mit dem Kraftfahrzeuggetriebe verbindet. Die Anordnung des Schwingungstilgers ist besonders dort sinnvoll, wo das Kraftfahrzeuggetriebe besonders hoch belastet ist und dementsprechend stark zu Schwingungen angeregt werden können. Daher ist es besonders günstig, den Schwingungstilger auf der Getriebewelle anzuordnen, welche den Antriebsmotor, insbesondere einen elektrischen Antriebsmotor mit dem Kraftfahrzeuggetriebe verbindet, um die Schwingungen dort zu tilgen, wo sie entstehen. Dadurch können die Getriebegeräusche des Kraftfahrzeuggetriebes reduziert werden. Ferner ist durch die Anordnung des Schwingungstilgers an der Getriebeeingangswelle eine besonders einfache Montage des Schwingungstilgers an dem Kraftfahrzeuggetriebe möglich. Dabei kann der vorhandene Bauraum optimal genutzt werden, sodass das Kraftfahrzeuggetriebe nicht mehr Bauraum benötigt als ein Kraftfahrzeuggetriebe ohne Schwingungstilger. Vorteilhaft ist dabei, dass die Steifigkeit der Lagerung einer Getriebewelle des Kraftfahrzeuggetriebes durch den Schwingungstilger nicht durch ein weiches Dämpfungselement beeinflusst wird und somit das dynamische Tragbild der Zahnräder des Kraftfahrzeuggetriebes unverändert bleibt.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers für ein Kraftfahrzeuggetriebe;
2 ein erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe, bei welchem der Schwingungstilger drehfest mit einer Getriebewelle des Kraftfahrzeuggetriebes verbunden ist;
3 ein erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebe mit einem Schwingungstilger, welches als Planetengetriebe ausgeführt ist, in einer Schnittdarstellung;
4 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe mit einem Schwingungstilger in einer Frontansicht auf den Schwingungstilger;
5 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe mit einem Schwingungstilger in einer Seitenansicht;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers, welcher zwei Speichenebenen zu Tilgung unterschiedlicher Frequenzen aufweist.
7 das Schwingverhalten einer Getriebewelle mit und ohne Schwingungstilger, wobei das ursprüngliche Maximum der Auslenkungen (Resonanz) stark vermindert (getilgt) wird und die Eigenfrequenz entsprechend verschoben wird.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers 10 in Form eines Speichentilgers 11 dargestellt. Der Schwingungstilger 10 weist eine Nabe 12 aus, mit welcher der Schwingungstilger an einer Getriebewelle 3 eines Kraftfahrzeuggetriebes 1 befestigt werden kann. Dazu ist an der Nabe 12 des Schwingungstilgers 10 eine zentrische Öffnung 15 vorgesehen, mit welcher der Schwingungstilger 10 auf die Getriebewelle 3 aufgepresst werden kann. Der Schwingungstilger 10 weist ferner eine Vielzahl von Speichen 13 auf, welche in radialer Richtung aus der Nabe 12 vorstehen. Dazu ist ein erstes Ende 29 der Speichen 13 mit der Nabe 12 des Schwingungstilgers 10 verbunden. Der Schwingungstilger 10 weist ferner einen Außenring 14 auf, welcher die jeweils zweiten Enden 30 der Speichen 13 miteinander verbindet. Dabei repräsentieren die Speichen 13 die Federn des Schwingungstilgers 10 und der Außenring 14 die Masse des Schwingungstilgers 10. Der Außenring 14 weist einen Durchmesser D, eine Ringbreite B und eine Ringtiefe T auf. Über die Länge L der Speichen 13 sowie die Geometrie des Außenrings 14 kann der Frequenzbereich abgestimmt werden, in welchem der Schwingungstilger 10 angeregt wird und somit die Schwingungen der Getriebewelle 3 tilgt.
In 2 ist ein Kraftfahrzeuggetriebe 1 mit einem solchen Schwingungstilger 10 dargestellt. Das Kraftfahrzeuggetriebe 1 ist als Planetengetriebe 2 ausgeführt und weist eine Getriebewelle 3 auf, die als Sonnenwelle ausgeführt ist und drehfest mit einem Sonnenrad 4 des Planetengetriebes 2 verbunden ist. Das Planetengetriebe 2 weist ferner einen Planetenträger 7 auf, welche mehrere Planetenräder 5 trägt, welche mit dem Sonnenrad 4 in Eingriff stehen und durch dieses angetrieben werden. Der Planetenträger 7 ist mit einem Abtrieb 23 des Planetengetriebes 2 verbunden. Um die Schwingungen zu tilgen, welche durch ein Abrollen der Verzahnung des Sonnenrads 4 in den Verzahnungen der Planetenräder 5 angeregt werden, ist auf der Getriebewelle 3 ein Schwingungstilger 10 in Form eines Speichentilgers 11 angeordnet. Dabei ist die Nabe 12 des Schwingungstilgers 10 auf den Außendurchmesser der Getriebewelle 3 aufgepresst. Alternativ kann die Nabe 12 auch in die Getriebewelle 3 eingepresst werden, wenn die Getriebewelle 3 als Hohlwelle ausgeführt ist. Darüber hinaus ist neben einer kraftschlüssigen Verbindung auch eine formschlüssige Verbindung und/oder eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Nabe 12 des Schwingungstilgers 10 und der Getriebewelle 3 möglich. Der Schwingungstilger 10 kann auch bei anderen Getriebeformen, insbesondere bei Wellengetrieben, eingesetzt werden und dort mit einer der Getriebewellen 3 verbunden werden.
In 3 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe 1 in Form eines Planetengetriebes 2 dargestellt. Das Planetengetriebe 2 umfasst eine Getriebewelle 3, welche als Eingangswelle ausgeführt ist und ein Sonnenrad 4 trägt. Das Planetengetriebe 1 umfasst ferner ein Hohlrad 6, welches drehfest mit einem Getriebegehäuse 9 verbunden ist. Das Planetengetriebe 1 umfasst ferner einen Planetenträger 7, wobei die Getriebewelle 3 mittels eines Wälzlagers 8 drehbar in dem Planetenträger 7 gelagert ist. Der Planetenträger 7 trägt eine Mehrzahl von Planetenrädern 5, welche sowohl mit dem Sonnenrad 4 als auch mit dem Hohlrad 6 in Eingriff stehen und drehbar auf dem Planetenträger 7 gelagert sind. Die Getriebewelle 3 kann durch ein Wälzlager in dem Getriebegehäuse 9 des Planetengetriebes 2 drehbar gelagert sein. Das Wälzlager 8 ist vorzugsweise als Kugellager, Kegelrollenlager oder Zylinderrollenlager ausgebildet. Dabei sind der Innenring 17 des Wälzlagers 8 auf der Getriebewelle 3 und der Außenring 19 an dem Planetenträger 7 angeordnet. Zwischen dem Innenring 17 und dem Außenring 19 sind mehrere Wälzkörper 18 angeordnet, um eine Verdrehung der Getriebewelle 3 relativ zum Planetenträger 7 zu ermöglichen. Das Sonnenrad 4 steht mit den Planetenrädern 5 in Eingriff, welche über den Planetenträger 7 mit dem Abtrieb 23 verbunden sind. Dabei steht eine Verzahnung an der Stirnseite des Sonnenrads 4 mit einer Verzahnung an der Stirnseite des jeweiligen Planetenrads 5 in Eingriff. Der Planetenträger 7 ist über ein weiteres Wälzlager 16 drehbar in dem Getriebegehäuse 9 oder einem drehfest mit dem Getriebegehäuse 9 verbundenen Hohlradträger 25 gelagert. Dabei sind der Innenring 20 des weiteren Wälzlagers 16 auf einem Absatz des Planetenträgers 7 und der Außenring 22 in dem Getriebegehäuse 9 oder dem Hohlradträger 25 angeordnet. Zwischen dem Innenring 20 und dem Außenring 22 sind eine Mehrzahl von Wälzkörpern 21 angeordnet, um eine Verdrehung des Planetenträgers 7 relativ zum Getriebegehäuse 9 zu ermöglichen. Der Planetenträger 7 ist mit einem Abtrieb 23 verbunden. Der Abtrieb 23 ist durch ein weiteres Wälzlager ebenfalls drehbar in dem Getriebegehäuse 9 des Planetengetriebes 2 gelagert und steht mit einem weiteren Zahnrad 24, insbesondere mit einer Eingangsverzahnung eines Differenzials, in Eingriff. Das Hohlrad 6 weist eine Verzahnung auf, welche ebenfalls mit den Verzahnungen an den Stirnseiten der Planetenräder 5 in Eingriff steht. Dabei ist das Hohlrad 6 drehfest mit dem Getriebegehäuse 9 verbunden, sodass die Planetenräder 5 an dem Hohlrad 6 abrollen können. An der Getriebewelle 3 ist zumindest ein Schwingungstilger 10 vorgesehen, welcher drehfest mit der Getriebewelle 3 verbunden ist. Dazu ist die Getriebewelle 3 als Hohlwelle ausgeführt, in welche der Schwingungstilger 10 vorzugsweise mittels einer kraftschlüssigen Verbindung, eingeführt wird. Um das Einpressen des Schwingungstilgers 10 in die Getriebewelle 3 zu erleichtern und einen definierten Überdeckungsbereich 26 zwischen der Getriebewelle 3 und dem Schwingungstilger 10 zu erreichen, ist an der Nabe 12 des Schwingungstilgers 10 ein Absatz 28 vorgesehen, welcher die maximale Einpresstiefe in die Getriebewelle 3 begrenzt. Der Absatz 28 schlägt an einem Anschlag 27 an der Stirnfläche der Getriebewelle 3 an, wenn der Schwingungstilger 10 auf maximale Tiefe in die Getriebewelle 3 eingepresst ist. Dabei sind die Speichen 13 des Schwingungstilgers 13 von der Stirnfläche des Getriebegehäuses 9 in axialer Richtung entlang einer Mittelachse 31 beabstandet, um ein freies Schwingen der schwingfähigen Element 13, 14 des Schwingungstilgers 10 zu ermöglichen.
Durch das Abrollen der Verzahnung der Planetenräder 5 an der Verzahnung des Sonnenrads 4 werden Schwingungen erzeugt, welche über das Sonnenrad 4 auf die Getriebewelle 3 und von dort über die Lagerung der Getriebewelle 3 auf das Getriebegehäuse 9 übertragen werden. Dabei wird das Getriebegehäuse 9 selbst angeregt. Der Körperschall wird von dem Getriebegehäuse 9 auf die mit dem Getriebegehäuse 9 verbundenen Maschinenkomponenten, insbesondere das Chassis eines Kraftfahrzeuges übertragen und als Schallwellen von dem Getriebegehäuse 9 abgestrahlt. Ferner wird der Planetenträger 7 zu Schwingungen angeregt, welche ebenfalls zur Geräuschentwicklung führen können. Die Schwingungen der Getriebewelle 3 können durch den Schwingungstilger 10 effektiv reduziert werden. Somit können die Getriebegeräusche des Planetengetriebes 2 insgesamt reduziert werden.
Wo der Schwingungstilger 10 an der Getriebewelle 3 des Planetengetriebes 2 angeordnet ist, hängt von dem Geräuschproblem ab, welches durch den Schwingungstilger 10 gelöst werden soll. Der Weg, welchen der Körperschall im Planetengetriebe 2 nimmt, hängt davon ab, wo die Anregung im Planetengetriebe 2 entsteht. Im Fall der Verzahnung ist es zwischen dem aktiven Radsatz, also zwischen dem angetriebenen Sonnenrad 4 und den Planetenrädern 5. Durch eine messtechnische oder simulative Untersuchung kann herausgefunden werden, wo der Schwingungstilger 10 am sinnvollsten zu platzieren ist. Der Schwingungstilger 10 soll dann so ausgerichtet und ausgelegt werden, dass er die maximale Schwingungsenergie aufnehmen kann.
In 4 ist ein Frontansicht auf ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe 1 dargestellt, dessen Getriebewelle 3 mit einem Schwingungstilger 10 verbunden ist. Dabei weist der Schwingungstilger 10 eine Nabe 12 mit einer Zentralöffnung 15 auf, aus welcher in radialer Richtung, also senkrecht zu einer Mittelachse 31 der Getriebewelle 3, eine Vielzahl von Speichen 13 vorstehen. Die Speichen 13 sind vorzugsweise mit gleichen Abständen gleichmäßig über den Umfang der Nabe 12 des Schwingungstilgers 10 angeordnet. Der Außenring 14 verbindet die Speichen 13 an ihren der Nabe 12 abgewandten Enden 30. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Außenring in radialer Richtung nicht über das Getriebegehäuse 9 des Kraftfahrzeuggetriebes 1 vorsteht, um den Bauraum optimal zu nutzen. In 5 ist das Kraftfahrzeuggetriebe 1 in einer Seitenansicht dargestellt. Dabei ist das Getriebegehäuse 9 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, um die Anordnung der Getriebewelle 3, der Planetenräder 5 sowie des Abtriebs 23 besser darstellen zu können.
In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Schwingungstilger 10 in Form eines Speichentilgers 11 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Tilgerscheiben 32, 33 auf der Nabe 12 des Schwingungstilgers 10 angeordnet. Dabei weisen die Speichen 13 der ersten Tilgerscheibe 32 eine Länge L₁ und die Speichen 35 der zweiten Tilgerscheibe 33 eine Länge L₂ auf. Der Außenring 14 der ersten Tilgerscheibe 32 weist einen Durchmesser D₁ , eine Breite B₁ und eine Materialstärke T₁ auf. Der Außenring 34 der zweiten Tilgerscheibe 33 weist einen Durchmesser D₂ , eine Breite B₂ und eine Materialstärke T₂ auf. Durch die unterschiedlichen Tilgerscheiben 32, 33 können unterschiedliche Frequenzen der Schwingungen der Getriebewelle 3 gedämpft werden. Alternativ können auch zwei oder mehr gleiche Tilgerscheiben 32, 33 auf der Nabe 12 angeordnet sein, um die Masse des Schwingungstilgers 10 bei unverändertem Frequenzbereich zu vergrößern.
In 7 ist die Wirkungsweise eines Schwingungstilgers 10 an einem einfachen Ausführungsbeispiel dargestellt. Lenkt man die Masse eines schwingfähigen Elements 13, 14 des Schwingungstilgers 10 aus, so ergibt sich die in 7 dargestellt Resonanzkurve. Dabei ist die Amplitude A der Getriebewelle 3 über dem Frequenzverhältnis von Schwingungsfrequenz f der Getriebewelle 3 zur Resonanzfrequenz fo der Getriebewelle 3 dargestellt. Dabei ist in der ersten, als durchgezogene Linie gezeichneten Kurve das Schwingverhalten der Getriebewelle 3 ohne einen Schwingungstilger 10 dargestellt. In der zweiten, als gestrichelte Linie gezeichneten Kurve ist das Schwingungsverhalten der Getriebewelle 3 mit einem Schwingungstilger 10 dargestellt, welcher auf die Resonanzfrequenz der Getriebewelle 3 abgestimmt ist. Dabei kann der Schwingungstilger 10 das ursprüngliche Maximum der Schwingung der Getriebewelle 3 (Resonanzfrequenz in der mit durchgezogener Linie gezeichneten Kurve) stark vermindern. Die Eigenfrequenz der schwingfähigen Elemente 13, 14 des Schwingungstilgers 10 führt jedoch dazu, dass zwei neue Eigenfrequenzen kleinerer Amplitude oberhalb und unterhalb der Eigenfrequenz der Getriebewelle 3 entstehen. Diese Eigenfrequenzen entstehen aus einer Kombination der Getriebewelle 3 und des Schwingungstilgers 10 und zwar aus der gleichphasigen und der gegenphasigen Schwingung von der Getriebewelle 3 und dem Schwingungstilger 10. Bei diesen Frequenzen ergibt sich prinzipbedingt eine Verstärkung der Schwingungen der Getriebewelle 3. Diese kann man wiederum durch eine zusätzliche Dämpfung verkleinern, soweit dies konstruktionsbedingt gewünscht ist. Insgesamt lässt sich festhalten, dass durch einen Schwingungstilger 10 an der Getriebewelle 3 die Schwingungen der Getriebewelle 3 effektiv gedämpft werden können. Somit kann die Übertragung von Körperschall, insbesondere durch die Verzahnungen der Planetenräder 5 und des Sonnenrad 4 angeregtem Körperschall, auf die Getriebewelle 3 und weiter auf ein Getriebegehäuse 9 des Planetengetriebe 2 vermindert werden. Somit kann bei Verwendung eines solchen Planetengetriebes 2 als Kraftfahrzeuggetriebe 1 in einem Kraftfahrzeug die Lärmbelästigung für den Fahrer, die Passagiere sowie die Umwelt verringert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeuggetriebe
2: Planetengetriebe
3: Getriebewelle / Sonnenwelle
4: Sonnenrad
5: Planetenrad
6: Hohlrad
7: Planetenträger
8: Wälzlager
9: Getriebegehäuse
10: Schwingungstilger
11: Speichentilger
12: Nabe
13: Speiche
14: Außenring
15: Zentralöffnung
16: Wälzlager
17: Innenring
18: Wälzkörper
19: Außenring
20: Innenring
21: Wälzkörper
22: Außenring
23: Abtrieb
24: weiteres Zahnrad
25: Hohlradträger
26: Überdeckungsbereich
27: Anschlag
28: Absatz
29: erstes Ende
30: zweites Ende
31: Mittelachse
32: erste Tilgerscheibe
33: zweite Tilgerscheibe
34: zweiter Außenring
35: Speiche
A: Amplitude
B: Breite des Außenrings
B₁: Breite des ersten Außenrings
B₂: Breite des zweiten Außenrings
D: Durchmesser des Außenrings
D₁: Durchmesser des ersten Außenrings
D₂: Durchmesser des zweiten Außenrings
L: Länge der Speichen
L₁: Länge der Speichen in der ersten Speichenebene
L₂: Länge der Speichen in der zweiten Speichenebene
T: Materialstärke des Außenrings
T₁: Materialstärke des ersten Außenrings
T₂: Materialstärke des zweiten Außenrings
f: Schwingungsfrequenz des Planetenträgers
f₀: Resonanzfrequenz des Planetenträgers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19701178 A1 [0005]
DE 102005007986 A1 [0006]
DE 102014118553 A1 [0007]
DE 102015201873 A1 [0008]
DE 1575388 B [0009]

Claims

Schwingungstilger (10) zur Tilgung von Schwingungen in einem Kraftfahrzeuggetriebe (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (10) als ein Speichentilger (11) mit einer drehfest mit einer Getriebewelle (3) des Kraftfahrzeuggetriebes befestigbaren Nabe (12), einer Mehrzahl von an der Nabe (12) befestigten und in radialer Richtung aus der Nabe (12) vorstehenden Speichen (13) sowie einem Außenring (14), welcher die Speichen an ihrer der Nabe (12) abgewandten Ende (30) miteinander verbindet.
Schwingungstilger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Nabe (12) in axialer Richtung zwei oder mehr Tilgerscheiben (32, 33) angeordnet sind, wobei die Speichen (13, 35) einer Tilgerscheibe (32, 33) jeweils durch einen Außenring (14, 34) miteinander verbunden sind.
Schwingungstilger (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr gleiche Tilgerscheiben (32, 33) auf der Nabe (12) angeordnet sind.
Schwingungstilger (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr gleiche Tilgerscheiben (32, 33) axial miteinander verbunden sind.
Schwingungstilger (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichen (13, 35) der unterschiedlichen Tilgerscheiben (32, 33) unterschiedliche Längen (L₁, L₂) aufweisen.
Schwingungstilger (10) nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenringe (14, 34) der unterschiedlichen Speichenebenen (32, 33) unterschiedliche Breiten (B), unterschiedliche Materialien, unterschiedlichen Materialstärken (T) und/oder unterschiedliche Durchmesser (D) aufweisen.
Schwingungstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (14, 34) aus mehreren Blechen aufgebaut ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (1) mit mindestens einer Getriebewelle (3) und einem Schwingungstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schwingungstilger (10) drehfest mit der Getriebewelle (3) verbunden ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeuggetriebe (1) als Planetengetriebe (2) ausgeführt ist, wobei der Schwingungstilger (10) mit einer Sonnenwelle (3) des Planetengetriebes (2) verbunden ist.
Kraftfahrzeuggetriebe (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe (1) mit einem Antriebsmotor gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (10) auf einer Getriebewelle (3) angeordnet ist, welche den Antriebsmotor mit dem Kraftfahrzeuggetriebe (1) verbindet.