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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Schwingungstilger, umfassend wenigstens
einen um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens eine auf eine
Anregungsfrequenz abgestimmte, in einer Ausnehmung des Tilgerkörpers angeordnete
Tilgermasse, die bezüglich
des Tilgerkörpers
in wenigstens einer Ebene verlagerbar ist, bei deren Verlagerung
sich ihr radialer Abstand zur Drehachse ändert.
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Hintergrund der Erfindung
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Dynamische
Systeme, die im Bereich ihrer Eigenfrequenzen angeregt werden, zeigen
generell als Systemantwort erhöhte
Schwingungen. Wenn ein System, etwa ein Teil einer drehenden Maschine,
in einem breiten Frequenzspektrum angeregt wird, so besteht die
Gefahr, dass bei ungünstigen
Betriebsverhältnissen
Resonanzphänomene
auftreten. Bei Brennkraftmaschinen ist dies meist dann der Fall, wenn
Eigenfrequenzen von rotierenden Bauteilen, zum Beispiel des Steuertriebs,
des Aggregatetriebs, der Nockenwelle oder eines Nockenwellenverstellers,
mit den Anregungsfrequenzen der Brennkraftmaschine zusammenfallen.
Da die Anregungsfrequenzen mit der Drehzahl des Motors steigen, durchlaufen
sie den gesamten Frequenzbereich, in dem auch Eigenfrequenzen der
erwähnten
Komponenten der Brennkraftmaschine liegen. Dabei kann es sich um
Eigenfrequenzen eines Zugmittels im Aggregatetrieb oder im Steuertrieb
handeln, ebenso um Dreheigenfrequenzen der Aggregate oder des Steuertriebs. Es
können
sogar solche Freiheitsgrade angeregt werden, die keine unmittelbare
Kopplung mit dem Verbrennungsprozess besitzen, beispielsweise können Biegeschwingungen
einer Fahrzeugkarosserie entstehen, die eine Schallabstrahlung in
den Fahrgastraum und die Umgebung bewirken.
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Diese
dynamischen Effekte können
zu einer erhöhten
Belastung von Zugmitteln führen,
daneben kann Schlupf entstehen oder es wird eine Schallabstrahlung
in angrenzende Strukturen erzeugt. Diese dynamischen Belastungen
reduzieren außerdem
die Lebensdauer der Bauteile und sind daher unerwünscht. Um
diesen Effekten entgegen zu wirken, hat man bisher aufwändige Gegenmaßnahmen
ergriffen und mechanische und hydraulische Spannsysteme, Freiläufe, Dämpfer oder
Elastriemen eingesetzt. Alle bekannten Maßnahmen weisen jedoch Nachteile
auf, hydraulische Spannsysteme bewirken beispielsweise einen Leistungsverlust,
der zu einem erhöhten
Kraftstoffverbrauch führt,
andere Maßnahmen
führen
zu höheren
Kosten.
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Schwingungstilger,
bei denen eine drehbare Masse beweglich mit Tilgermassen verbunden
ist, sind bereits seit langer Zeit bekannt, beispielsweise wird
auf die
CH 175420 oder
die
GB 379 165 verwiesen.
Weitere Schwingungstilger, die für
den Einsatz bei Brennkraftmaschinen vorgesehen sind, sind beispielsweise
aus der
DE 199 11
564 A1 oder der
DE 100
59 101 A1 bekannt. In dem Artikel
„Drehzahladaptiver
Tilger – Eine
Alternative für
die Schwingungsreduzierung?" (ATZ
Automobiltechnische Zeitschrift 103 (2001) 4, S. 290-296) werden
verschiedene konstruktive Ausführungen
von Schwingungstilgern für den
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beschrieben.
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Es
handelt sich dabei um drehzahladaptive Tilger, deren Tilgungsfrequenz
sich proportional zur Drehzahl ändert.
Auf diese Weise erfolgt eine automatische Anpassung an alle Betriebszustände einer Brennkraftmaschine.
Ein drehzahl adaptiver Tilger basiert auf dem Prinzip eines Pendels
im Fliehkraftfeld. Wenn sich dieses Fliehkraftfeld durch eine Drehzahländerung
des Grundsystems ändert, ändert sich die
Eigenfrequenz (Tilgerfrequenz) des Pendels proportional zur Drehzahländerung.
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Bei
herkömmlichen
Schwingungstilgern sind die Tilgerkörper zumeist scheibenförmig ausgebildet, die
in kreisförmigen
Ausnehmungen des Tilgerkörpers
angeordnet sind. Da die Tilgerkörper
innerhalb der Tilgermassen frei beweglich sind, kann es zu einer
unerwünschten
Geräuschentwicklung
kommen, wenn der Motor abgestellt und die Drehung des Tilgerkörpers zum
Stillstand kommt. In diesem Zustand fallen die Tilgermassen, die
während
der Drehung durch die Fliehkraft radial nach außen gedrückt werden, unter dem Einfluss
der Schwerkraft nach unten und prallen auf die Seitenflächen der
Ausnehmungen auf, was akustisch als Klappern wahrnehmbar ist. Obwohl
dieser Vorgang für
die Funktion unkritisch ist, sind solche Geräuschentwicklungen unerwünscht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Schwingungstilger anzugeben,
der geräuscharm oder
lautlos betrieben werden kann, wenn die Drehung des Tilgerkörpers zum
Stillstand kommt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einem Schwingungstilger der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die wenigstens eine Tilgermasse unter dem Einfluss eines Magnetfelds
in Kontakt mit dem Tilgerkörper
ist.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Klappergeräusche beim
Abstellen des Motors vermieden werden können, indem durch ein Magnetfeld
das Anliegen der wenigstens einen Tilgermasse an dem Tilgerkörper gewährleistet
ist. Dadurch wird sichergestellt, dass eine Tilgermasse auf der
Laufbahn, die in der Ausnehmung des Tilgerkörpers gebildet ist, abrollt.
Dies ist insbesondere beim Abstellen der Brennkraftmaschine wichtig,
da es ansonsten bei einer O berkopflage der Tilgermasse zu einem Herabfallen
der Tilgermasse in der Ausnehmung kommen könnte.
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Das
erfindungsgemäß vorgesehene
Magnetfeld entsteht, wenn wenigstens eine Tilgermasse oder der Tilgerkörper aus
einem magnetischen oder magnetisierten Material besteht. Dieses
Bauteil wirkt mit Tilgermassen oder einem Tilgerkörper zusammen,
die aus einem nicht-magnetischen Material wie z. B. Stahl bestehen,
so dass das Magnetfeld einen permanenten Kontakt sicherstellt. Grundsätzlich kann
dabei sowohl die Tilgermasse oder der Tilgerkörper aus einem magnetischen
oder magnetisierten Material bestehen, aus praktischen Gründen ist
es einfacher, die Tilgermasse oder die mehreren Tilgermassen aus
einem magnetischen oder magnetisierten Material herzustellen.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann wenigstens eine Spule
zum Erzeugen des Magnetfelds vorgesehen sein. Die Spule erzeugt
ein elektromagnetisches Feld, das auf die Tilgermasse oder den Tilgerkörper einwirkt,
so dass sich Tilgermasse und Tilgerkörper anziehen.
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Eine
besonders vorteilhafte Wirkung wird erzielt, wenn die Stärke des
Magnetfelds so gewählt
ist, dass die Magnetkraft größer als
die Gewichtskraft einer Tilgermasse ist. In diesem Fall kommt es
auch bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine und des Tilgerkörpers nicht
zu einem Herunterfallen der Tilgermasse, stattdessen hält die Magnetkraft
den Kontakt zwischen Tilgermasse und Tilgerkörper aufrecht.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger
kann ein Deckel vorgesehen sein, der die Ausnehmung des Tilgerkörpers verschließt. Der
Deckel kann entweder eine einzige Ausnehmung verschließen, alternativ
kann auch ein einziger Deckel für mehrere
Ausnehmungen vorgesehen sein. Bei Ausnehmungen, die als Durchgangsöffnungen
in dem Tilgerkörper
ausgebildet sind, kann auf jeder Seite ein entsprechender Deckel
vorgesehen sein. Zusätzlich
kann ein Dichtelement vorgesehen sein, das einzelne oder sämtliche
Ausnehmungen abdichtet, um eine Verschmutzung der Ausnehmungen zu
vermeiden. Um den Ein schluss von Reibung zwischen den Tilgermassen
und dem Tilgerkörper
zu verringern, kann der Deckel an seiner Innenseite wenigstens einen
als Führung
für eine
Tilgermasse dienenden Vorsprung aufweisen. Dieser Vorsprung kann
von außen als
Vertiefung aufgebracht sein und dient dazu, den Wälzkörper axial
zu zentrieren, wobei lediglich eine minimale Reibung überwunden
werden muss.
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Im
einfachsten Fall kann der Schwingungstilger eine scheibenförmige Ausnehmung
im Tilgerkörper
aufweisen. Um ein Herunterfallen einer Tilgermasse oder Schlupf
zu verhindern, kann die Ausnehmung in dem Tilgerkörper, die
den Bewegungsraum für
die Tilgermasse bildet, alternativ auch nierenförmig ausgebildet sein.
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Bei
einem Schwingungstilger, insbesondere der oben beschriebenen Art,
kann es vorgesehen sein, dass eine Tilgermasse als Hohlzylinder
ausgebildet ist. Da sich der Massenanteil um den Drehpunkt einer
Tilgermasse nur in geringem Maße
auf das Massenträgheitsmoment
auswirkt, kann die Tilgermasse als Hohlzylinder ausgebildet werden,
ohne dass dies einen nennenswerten Einfluss auf die Rotationseigenschaften
hat, gleichzeitig können
die bewegten Massen auf diese Weise reduziert werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematische
Darstellungen und zeigen:
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1 eine
geschnittene Ansicht einer Tilgermasse in einem Tilgerkörper;
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Schwingungstilgers 1. Üblicherweise
ist ein Schwingungstilger in eine Riemenscheibe integriert oder
mit einer solchen Riemenscheibe verbunden. In der Riemenscheibe 2 befinden
sich mehrere über
den Umfang verteilte Ausnehmungen 3, in denen jeweils eine
Tilgermasse 4 angeordnet ist. Die Ausnehmungen 3 können in
der Art eines Sacklochs ausgebildet sein oder – wie in 1 dargestellt – als Durchgangsöffnungen,
die seitlich jeweils mit einem Deckel verschlossen werden. Dieser
Deckel ist in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Die
Tilgermasse 4 hat die Form eines Zylinders und besteht
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einem magnetischen Material. In 1 sind die
magnetischen Feldlinien 5 dargestellt. Die Stärke des
Magnetfelds ist dabei so gewählt,
dass die magnetische Kraft (Fmag) größer als
die Gewichtskraft (FG) der Tilgermasse 4 ist.
Dies bewirkt, dass sich die Tilgermasse 4 unter dem Einfluss
des Magnetfelds in Kontakt mit der in der Ausnehmung 3 ausgebildeten
Laufbahn 6 befindet, was insbesondere beim Abstellen einer
Brennkraftmaschine, in der der Schwingungstilger 1 eingebaut
ist, wichtig ist. Wenn die Drehung der Riemenscheibe 2 zum
Stillstand kommt, bewegt sich die Tilgermasse 4 unter dem
Einfluss des Magnetfelds zum Rand der Ausnehmung 3 hin,
so dass Geräusche
vermieden werden, die ansonsten beim Herabfallen der Tilgermasse 4 auf
den unten liegenden Bereich der Ausnehmung 3 entstehen
würden.
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Aufgrund
der Lage der magnetischen Feldlinien 5 sammelt sich Abrieb 7,
der durch das Abrollen der Tilgermasse 4 auf der Laufbahn 6 in
der Ausnehmung 3 entsteht, an den Enden der Tilgermasse 4. Günstig ist
dabei, dass der Abrieb 7 nicht in die Laufbahn 6 eingewalzt
wird, wodurch diese ansonsten im Laufe der Zeit zerstört werden
könnte.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
Erfindung, wobei für
identische Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.
Bei dem Schwin gungstilger 8 weist die Riemenscheibe 2 in Übereinstimmung
mit dem ersten Ausführungsbeispiel
Ausnehmungen 3 auf. Abweichend davon ist die Tilgermasse 9 als
Hohlzylinder ausgebildet, die Tilgermasse 9 besteht ebenfalls
aus einem magnetischen Material. Die Tilgermasse 9 weist
den Vorteil einer geringeren Masse auf, ohne dass dies nachteilig
im Hinblick auf die Rotationseigenschaften ist. Diejenigen Abschnitte
der Tilgermasse, die sich entfernt von der Drehachse befinden, haben
einen größeren Einfluss
auf das Massenträgheitsmoment
des Hohlzylinders, deshalb kann der innere Bereich der Tilgermasse 9 ausgespart
werden. Darüber
hinaus ergibt sich insgesamt ein geringeres Massenträgheitsmoment
des Schwingungstilgers 8, so dass die Brennkraftmaschine
auf Drehzahländerungen
dynamischer reagieren kann. Zudem ergeben sich verbesserte Reibungsverhältnisse,
die dazu führen, dass
der Schwingungstilger 9 einen größeren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine
abdecken kann.
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Bei
den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen
verhalten sich die Tilgermassen 4, 9 wie Pendel,
die an dem Tilgerkörper,
das heißt
an der Riemenscheibe 2 befestigt sind. Wenn z. B. durch
eine äußere Störung eine
Drehzahländerung
eintritt, ändert
sich das Kräftegleichgewicht,
worauf die Tilgermassen 4, 9 eine Wälzbewegung
relativ zur Riemenscheibe ausführen.
Diese Wälzbewegung
bewirkt eine Änderung
der Eigenfrequenz des Systems, so dass die Störung ausgeglichen wird.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
Erfindung. Die Riemenscheibe 10 weist dabei nierenförmige Ausnehmungen 11 auf,
deren Größe so gewählt ist,
dass sich eine scheiben- oder zylinderförmige Tilgermasse 12 darin
mit wenig Spiel bewegen kann. Die Tilgermasse 12 besteht
aus einem magnetischen Material, so dass sie sich jeweils in Kontakt
mit einer Seitenfläche
der Ausnehmung 11 befindet. Da der Bewegungsraum der Tilgermasse 12 begrenzt
ist, kann es nicht zu einem Herabfallen kommen, was ansonsten zu
einer unerwünschten Geräuschentwicklung
führen
würde.
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- 1
- Schwingungstilger
- 2
- Riemenscheibe
- 3
- Ausnehmung
- 4
- Tilgermasse
- 5
- Feldlinien
- 6
- Laufbahn
- 7
- Abrieb
- 8
- Schwingungstilger
- 9
- Tilgermasse
- 10
- Riemenscheibe
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Tilgermasse