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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad für
einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer primären
Schwungmasse und einer sekundären Schwungmasse. Die primäre und
die sekundäre Schwungmasse sind dabei über eine
Kopplungseinrichtung drehelastisch miteinander gekoppelt.
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Derartige
Zweimassenschwungräder werden in Kraftfahrzeugen zur Dämpfung
von Drehschwingungen zwischen dem Motor und dem Antriebsstrang eingesetzt.
Bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe kann beispielsweise die primäre Schwungmasse
drehfest mit einer Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs verbunden sein,
während die sekundäre Schwungmasse drehfest mit
einer Kupplung verbunden ist. Die Drehschwingungen der primären Schwungmasse,
die insbesondere durch den Betrieb des Motors erzeugt werden, werden
dank der Kopplungseinrichtung nur abgeschwächt auf die
sekundäre Schwungmasse übertragen. Lediglich bei
Drehschwingungen im Bereich der Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrades
kann es zu einer unerwünschten Verstärkung der
Drehschwingungen anstatt zu einer Abschwächung kommen.
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Die
Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads und damit die Dämpfungswirkung
bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Motors sind abhängig
von der Kopplungscharakteristik der Kopplungseinrichtung, die beispielsweise
durch Federn gebildet wird. Je weicher die Federung ist (flache
Federkennlinie), desto niedriger ist bei gegebenem Trägheitsmoment
die Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungsrads, sodass es auch
bei niedrigen Drehzahlen nicht zu einer unerwünschten Verstärkung
der Drehschwingungen kommen kann. Bei normalem Betrieb – also
bei höheren Drehzahlen – wird eine bessere Isolationswirkung
erzielt, da sich dieser Betriebsbereich weiter im überkritischen
Bereich der Resonanzkurve befindet. Allerdings kann die Kopplungseinrichtung
schon allein wegen des begrenzten Bauraums, der nicht für
entsprechend lange Federwege ausreicht, nicht eine beliebig weiche Charakteristik
aufweisen. Ein weiteres Problem bei der Wahl einer geeigneten Kopplungscharakteristik sind
die unterschiedlichen Anforderungen bei unterschiedlichen Betriebszuständen
des Motors.
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Bekannte
Zweimassenschwungräder bewirken nicht in allen Betriebszuständen
des Motors eine optimale Abschwächung der Drehschwingungen. Insbesondere
ist das Problem einer unzureichenden Dämpfung sehr niedriger
Schwingungsfrequenzen im Bereich der Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads
beim Starten des Motors nicht zufriedenstellend gelöst.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zweimassenschwung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei unterschiedlichen
Betriebsbedingungen stets eine optimale Abschwächung der
unerwünschten Drehschwingungen bewirkt und gleichzeitig
einen einfachen Aufbau besitzt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Zweimassenschwungrad mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass eine
Pumpe vorgesehen ist, die durch eine Drehbewegung wenigstens einer
der Schwungmassen antreibbar ist, um einen Hydraulikdruck zu erzeugen.
Der Kopplungseinrichtung ist eine Stelleinrichtung zugeordnet, mittels
derer eine Kopplungscharakteristik der Kopplungseinrichtung veränderbar
ist. Die Stelleinrichtung ist in Abhängigkeit von dem Hydraulikdruck
der Pumpe wirksam.
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Mit
anderen Worten weist das Zweimassenschwungrad ein durch eine der
Schwungmassen (insbesondere durch die sekundäre Schwungmasse) betriebenes
Hydrauliksystem mit einer Pumpe auf. Die Pumpe erzeugt einen Hydraulikdruck,
der genutzt wird, um die Stelleinrichtung der Kopplungseinrichtung
zu steuern. Die Stelleinrichtung wirkt mit der Kopplungseinrichtung
zusammen und vermag es, deren Kopplungscharakteristik zu verändern.
Diese Beeinflussung der Kopplungscharakteristik erfolgt somit automatisch
in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand der genannten
einen der Schwungmassen. Durch die antriebswirksame Kopplung der Pumpe
mit der einen der Schwungmassen ist das Hydrauliksystem einfach
konzipiert und ermöglicht trotzdem eine zuverlässige
Anpassung der Kopplungseinrichtung an den jeweiligen Betriebszustand des
Zweimassenschwungrads.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Unteransprüchen
sowie der folgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kopplungseinrichtung
ein elastisches Element auf, das durch die Stelleinrichtung vorspannbar
ist. Eine Vorspannung des elastischen Elements lässt sich
insbesondere dadurch realisieren, dass dieses entlang seiner Wirkrichtung komprimiert
wird. Eine in dem vorgespannten Zustand auf das elastische Element
wirkende Kraft hat eine geringere Kompression des elastischen Elements
zur Folge als die gleiche Kraft, die auf das elastische Element
in einem nicht oder weniger vorgespannten Zustand wirkt. Dies bedeutet
nichts anderes, als dass die Charakteristik der das elastische Element
enthaltenden Kopplungseinrichtung durch die Stelleinrichtung veränderbar
ist.
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Die
Stelleinrichtung kann derartig ausgestaltet sein, dass eine Erhöhung
des in der Stelleinrichtung wirkenden Hydraulikdrucks eine Erhöhung
der Vorspannung bewirkt. Der von der Pumpe erzeugte Hydraulikdruck
kann von dem Drehmoment abhängen, das von der genannten
einen der Schwungmassen übertragen wird. D. h. der erzeugte
Hydraulikdruck ist eine Funktion des Drehmoments der einen Schwungmasse,
wobei der konkrete funktionale Zusammenhang – z. B. linear
oder nicht-linear – grundsätzlich an die Anforderungen
des Gesamtsystems angepasst werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform des Zweimassenschwungrads
umfasst eine hydrostatische Kupplung, mittels derer die genannte
eine der Schwungmassen selektiv mit einem Ausgangselement des Zweimassenschwungrads
antriebswirksam verbindbar ist, wobei die Pumpe ein Bestandteil
der hydrostatischen Kupplung ist. Somit bildet das Zweimassenschwungrad
eine Schwungnassen-Kupplungs-Einheit. Das Konzept, hydrostatische
Pumpen als Kupplungen in einem Antriebsstrang zu verwenden, ist
grundsätzlich aus der
DE 10 2007 026 141 A1 bekannt, auf deren
Offenbarungsgehalt hinsichtlich einer möglichen Ausgestaltung
und Steuerung einer solchen hydrostatischen Kupplung Bezug genommen
wird. In Kombination mit einem Zweimassenschwungrad gemäß der
vorliegenden Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass der durch die
Pumpe für die Kupplungsfunktion erzeugte Hydraulikdruck
zur Anpassung der Kopplungscharakteristik der Kopplungseinrichtung
genutzt werden kann. Ein zusätzliches Aggregat zum Betrieb
der Kopplungseinrichtung ist somit nicht erforderlich.
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Eine
weitere Vereinfachung des Aufbaus der genannten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Zweimassenschwungrads kann
dadurch erreicht werden, dass ein Gehäuseteil der Pumpe
die eine der Schwungmassen bildet.
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Für
bestimmte Anwendungen ist es von Vorteil, wenn der von der Pumpe
erzeugte Hydraulikdruck von dem durch die hydrostatische Kupplung übertragenen
Drehmoment abhängt. In diesem Fall ist die Kopplungscharakteristik
der Kopplungseinrichtung eine Funktion des tatsächlich
an dem Ausgang des Zweimassenschwungrads abgegebenen Drehmoments.
Dies kann beispielsweise eine Eingangswelle eines Getriebes sein.
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Die
hydraulische Verbindung zwischen der Pumpe und der Stelleinrichtung
kann eine Ventileinrichtung (z. B. Rückschlagventil) aufweisen,
die einen Rückfluss von Hydraulikfluid von der Stelleinrichtung
zu der Pumpe verhindert, um beispielsweise eine Rückkopplung
bei einem Drehmomentstoß zu vermeiden. Mit anderen Worten
soll gewährleistet sein, dass die Pumpe auf die Kopplungseinrichtung einwirken
kann und nicht umgekehrt.
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Während
eine passive Steuerung der Stelleinrichtung bevorzugt ist, kann
entlang der hydraulischen Verbindung zwischen der Pumpe und der
Stelleinrichtung auch eine aktive Steuereinrichtung vorgesehen sein,
z. B. eine steuerbare Drossel.
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Um
Leckagen des Hydraulikfluids in der Stelleinrichtung abzuführen,
kann die Stelleinrichtung mit zumindest einer Abführleitung
in Verbindung stehen, durch die das Hydraulikfluid aus der Stelleinrichtung an
eine Sammeleinrichtung (z. B. Sumpf) abführbar ist, wobei
in der Abführleitung insbesondere eine Drossel angeordnet
ist. Über die Drossel kann auf kontrollierte Weise der
Hydraulikdruck im Inneren der Stelleinrichtung reduziert werden.
Um der Kopplungseinrichtung auch dissipative Eigenschaften zu verleihen,
kann also eine bewusste Abgabe von Hydraulikfluid aus der Stelleinrichtung
vorgesehen sein. Insbesondere sind zumindest zwei Abführleitungen vorgesehen,
die miteinander in Verbindung stehen, wobei die Verbindung der Abführleitungen
eine Drossel aufweist. Eine derartige Konstruktion erzielt besonders
gute Dämpfungseigenschaften.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Kopplungseinrichtung
eine Kurvenbahn, die einer der beiden Schwungmassen zugeordnet ist.
Weiterhin weist diese Kopplungseinrichtung einen mit der Kurvenbahn
zusammenwirkenden beweglichen Mitnehmerabschnitt auf, der der Stelleinrichtung
zugeordnet ist, wobei die Kurvenbahn einen bezüglich der
Rotationsachse des Zweimassenschwungrads variierenden Radius aufweist. Die
Kurvenbahn kann beispielsweise an einem Außen- oder Innennocken
ausgebildet sein. Mit anderen Worten weisen die Punkte der Kurvenbahn
einen winkelabhängigen Abstand von der Rotationsachse auf,
sodass der Mitnehmerabschnitt in Abhängigkeit eines Verdrehwinkels
zwischen den beiden Schwungmassen seine Lage ändert und
auf die Kopplungseinrichtung einwirkt. Die Geometrie der Kurvenbahn
kann dabei so gestaltet werden, dass bei einem kleinen Verdrehwinkel – das
heißt bei einem kleinen anliegenden Drehmoment – eine
vergleichsweise geringe Auslenkung des Mitnehmerabschnitts erzielt
wird, während bei größeren Verdrehwinkeln
eine stärkere Auslenkung vorgesehen ist. Ein linearer oder
nicht-linearer Zusammenhang zwischen Verdrehwinkel und Mitnehmerabschnittauslenkung
kann vorgesehen sein. Ferner kann im Bereich eines Verdrehwinkels
Null ein Freigangwinkel vorgesehen sein.
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Gemäß einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wirkt der Mitnehmerabschnitt über eine
erste Wirkfläche mit dem Hydraulikfluid zusammen. Das bereits
genannte elastische Element der Kopplungseinrichtung wirkt über
eine zweite Wirkfläche mit dem Hydraulikfluid zusammen.
Durch das Vorsehen unabhängiger Wirkflächen kann
einerseits das Maß der durch das Hydraulikfluid bewirkten
Vorspannung beeinflusst werden (zweite Wirkfläche). Andererseits
können so unabhängig davon die auf das Mitnehmerelement
wirkenden Kräfte an die konstruktiven Gegebenheiten des
Zweimassenschwungrads angepasst werden (erste Wirkfläche).
Die Kopplungscharakteristik ist folglich auch von der Ausgestaltung
der Wirkflächen abhängig.
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Zwischen
den beiden genannten Wirkflächen ist vorzugsweise ein Hydraulikfluidvolumen
angeordnet, dessen Größe und Position veränderlich sind.
Das Hydraulikfluidvolumen bildet somit ein variables Hydropolster.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform sind die Pumpe und die Komponenten
der Kopplungseinrichtung so aufeinander abgestimmt, dass sich bei
einer stationären Übertragung unterschiedlicher
Drehmomente jeweils der gleiche Verdrehwinkel zwischen den beiden
Schwungmassen einstellt. Somit führt eine Änderung
des übertragenen Drehmoments, das heißt ein Übergang
von einem Drehmomentniveau auf ein anderes Drehmomentniveau, nicht
zu einer Änderung des Verdrehwinkels zwischen den Schwungmassen,
wenn man von einer Übergangsphase absieht. Mit anderen
Worten ist der Verdrehwinkel der Schwungmassen des Zweimassenschwungrads
während eines konstanten Betriebs im Wesentlichen unabhängig
von dem übertragenen Drehmoment. In der Regel stellt sich
somit während des Betriebs ein Verdrehwinkel ein, der durch
einen Freigangwinkel definiert ist, sofern das Zweimassenschwungrad
eine entsprechende Vorrichtung aufweist, die einen Freigang der
Schwungmassen ermög licht. Unter einem Freigangwinkel versteht
man einen Winkelbereich, um den sich die Schwungmassen relativ zueinander
verdrehen können, ohne dass signifikante Rückstellkräfte
auftreten. Dadurch wird insbesondere eine Übertragung von
hochfrequenten Drehmomentfluktuationen verhindert.
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Dem
Mitnehmerabschnitt kann ein elastisches Rückstellelement
zugeordnet sein, das den Mitnehmerabschnitt gegen die Kurvenbahn
vorspannt. Insbesondere wirkt das Rückstellelement nicht
direkt mit dem Hydraulikfluid zusammen. Das heißt das Hydraulikfluid
und das Rückstellelement wirken lediglich mittelbar zusammen,
etwa über den Mitnehmerabschnitt. Das Rückstellelement
stellt sicher, dass der Mitnehmerabschnitt stets gegen die Kurvenbahn
gepresst wird, auch wenn nur ein geringer Hydraulikfluiddruck vorhanden
ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum lastabhängigen
Betrieb eines Zweimassenschwungrads für einen Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs, wobei das Zweimassenschwungrad eine primäre
Schwungmasse und eine sekundäre Schwungmasse aufweist,
die über eine Kopplungseinrichtung drehelastisch miteinander
gekoppelt sind. Eine durch eine der Schwungmassen betriebene Pumpe
erzeugt einen Hydraulikfluiddruck, der eine Stelleinrichtung der
Kopplungseinrichtung beaufschlagt, um eine Kopplungscharakteristik
der Kopplungseinrichtung zu verändern.
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Insbesondere
weist die Kopplungseinrichtung ein elastisches Element auf, das
durch die Stelleinrichtung vorgespannt wird. Die Vorspannung kann
von dem Hydraulikdruck abhängig sein.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Figuren beispielhaft näher beschrieben.
Dabei zeigen die Figuren im Einzelnen:
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1 schematisch
den Aufbau des erfindungsgemäßen Zweimassenschwungrads
in einem lastlosen Zustand;
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2 einen
Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe;
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3 das
erfindungsgemäße Zweimassenschwungrad in einem
Zustand mit konstanter Drehmomentübertragung (stationärer
Zustand);
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4 das
erfindungsgemäße Zweimassenschwungrad bei einem
Drehmomentstoß;
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5 eine
weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Zweimassenschwungrads.
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1 zeigt
eine Zweimassenschwungrad-Kupplungseinheit mit einem Zweimassenschwungrad 11 zur
Dämpfung von Drehschwingungen, die zwischen einem Motor
(nicht gezeigt) und einem Getriebe (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs verbaut
wird. Eine primäre Schwungmasse 13 ist drehfest
mit einer Kurbelweile 15 verbunden. Eine sekundäre
Schwungmasse 17 ist auf der Getriebeseite des Zweimassenschwungrads 11 mittels
einer hydrostatischen Kupplung 19 selektiv antriebswirksam
mit einer Abtriebswelle 21 koppelbar. Die Abtriebswelle 21 kann
beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle verbunden oder durch
eine solche gebildet sein.
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Vom
Motor ausgehende Drehschwingungen werden über die Kurbelwelle 15 auf
die primäre Schwungmasse 13 übertragen.
Die primäre Schwungmasse 13 und die sekundäre
Schwungmasse 17 sind über eine Kopplungseinrichtung 23 drehelastisch
miteinander verbunden. Die Kopplungseinrichtung 23 umfasst
eine schematisch dargestellte Kurvenbahn 25, die mit der
primären Schwungmasse 13 drehfest verbunden oder
einstückig mit dieser ausgebildet ist. Die Kurvenbahn 25 kann
abweichend von der schematischen Darstellung gemäß 1 beispielsweise
durch eine exzentrische Abweichung von einer Kreisbahn (bezogen
auf die Rotationsachse des Zweimassenschwungrads) gebildet sein.
Die Kurvenbahn 25 wirkt über ein Mitnehmerelement 27 (z.
B. Stößel mit Rolle) mit einer Wirkfläche 29 (z.
B. Kolben) auf ein Hydraulikfluid. Das Hydraulikfluid ist in einer
Kammer 31 angeordnet, die eine Stelleinrichtung für
die Kopplungseinrichtung 23 bildet, wie nachfolgend noch
erläutert wird. Die Kammer 31 wird durch eine
weitere Wirkfläche 29' (z. B. weiterer Kolben)
begrenzt, die durch eine sich an einem Gehäuse 33 der
Kopplungseinrichtung 23 abstützende Kopplungsfeder 35 beaufschlagt
wird. Das Gehäuse 33 ist mit der sekundären
Schwungmasse 17 drehfest verbunden oder einstückig
mit dieser ausgebildet.
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Die
Kopplungseinrichtung 23 umfasst weiterhin eine Rückstellfelder 37,
die sich ebenfalls an dem Gehäuse 33 abstützt
und die das Mitnehmerelement 27 gegen die Kurvenbahn 25 vorspannt.
Abweichend von der schematischen Darstellung gemäß 1 kann
die Wirkrichtung des Mitnehmerelements 27, der Kopplungsfeder 35 und
der Rückstellfeder 37 beispielsweise in radialer
Richtung oder in tangentialer Richtung verlaufen (bezogen auf die
Rotationsachse des Zweimassenschwungrads 11).
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Die
Kammer 31 steht über eine Verbindungsleitung 39 mit
der hydrostatischen Kupplung 19 in Verbindung. In der Verbindungsleitung 39 ist
ein Rückschlagventil 41 angeordnet, welches verhindert, dass
Hydraulikfluid von der Kammer 31 zu der hydrostatischen
Kupplung 19 gelangt. In der Kammer 31 herrscht
folglich in der Regel zumindest der durch die hydrostatische Kupplung 19 erzeugte
Hydraulikdruck.
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Die
hydrostatische Kupplung 19 umfasst eine Pumpe 43,
eine variabel einstellbare Drossel 45 sowie eine Vordruckpumpe 47,
die mechanisch oder durch einen elektrischen Motor M betrieben wird.
Ein für die Verwendung in der hydrostatischen Kupplung 19 besonders
geeigneter Pumpentyp sind Radialkolbenpumpen. Die Funktionsweise
einer Radialkolbenpumpe 43 wird anhand von 2 erläutert,
die einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe 43 zeigt.
Die dargestellte Radialkolbenpumpe 43 lässt sich – neben
ihrer Pumpenfunktion – im Prinzip auch als Motor betreiben,
das heißt sie kann durch gesteuerte Druckbeaufschlagung
eine Drehbewegung erzeugen. Da allerdings in der vorliegenden Anwendung die
Pumpenfunktion – das heißt die Förderung
eines Hydraulikfluids bei Drehzahldifferenz zwischen einem Gehäuse
und einem Rotor der Pumpe – von Bedeutung ist, werden lediglich
die für das Verständnis der hydrostatischen Kupplung 19 notwendigen
Aspekte der Radialkolbenpumpe 43 betrachtet. Mit anderen
Worten kann in einer hydrostatischen Kupplung 19 eine vereinfachte
Version der beispielhaft dargestellten Radialkolbenpumpe 43 verwendet
werden, und aufgrund des einfachen Aufbaus ist dies auch bevorzugt.
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Die
dargestellte Radialkolbenpumpe 43 umfasst ein Pumpengehäuse 124,
das mit der sekundären Schwungmasse 17 (1)
verbunden ist. Weiterhin umfasst die Pumpe 43 einen Rotor 126,
der mit der Abtriebswelle 21 (1) drehfest
verbunden ist und der im Bereich der Pumpe 43 einen kreisrunden Umriss
besitzt, wobei der Mittelpunkt 130 der Kreisform bezüglich
einer gemeinsamen Rotationsachse 132 des Pumpengehäuses 124 und
des Rotors 126 bzw. der zugeordneten Abtriebswelle 21 versetzt
ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Rotor 126 um
einen Exzenter. Der Rotor 126 steht mit fünf Kolben 134 in
Antriebsverbindung, die jeweils einen Kolbenraum 136 aufweisen.
Bei einer Drehung des Rotors 126 relativ zu dem Gehäuse 124 werden
die Volumina der Kolbenräume 136 alternierend
vergrößert bzw. verkleinert. Mit anderen Worten
wird durch die Drehbewegung des Rotors 126 relativ zu dem Gehäuse 124 ein
Hydraulikfluid, welches zunächst durch ein Ventil 138 einströmt,
anschließend durch ein weiteres Ventil 138' des
jeweiligen Kolbens 134 wieder ausgestoßen. Es
wird somit ein Hydraulikfluid von einem mit dem Ventil 138 in
Verbindung stehenden Saugraum (nicht gezeigt) zu einem Druckraum (nicht
gezeigt) gefördert, der mit dem Ventil 138' in Verbindung
steht. Die Ventile 138, 138' können bei
einer reinen Pumpe 43 – also ohne hydraulische
Motorfunktion – einfache Rückschlagventile im
Form von passiven Sitzventilen sein.
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In
dem in 2 dargestellten Zustand wird bei einer Drehung
des Rotors 126 gegen den Uhrzeigersinn anfänglich
Hydraulikfluid in den Kolbenraum 136 eines Zylinders 140a der
Radialkolbenpumpe 43 angesaugt, da der Kolbenraum 136 zunächst
ein minimales Volumen aufweist. In der Ansaugphase befinden sich
auch die Kolben 134 der Zylinder 140b und 140c.
Ist ein maximales Volumen des jeweiligen Kolbenraums 136 erreicht,
wird durch die Wirkung der Drehung des Rotors 126 nun das
Volumen des Kolbenraums 136 wieder verringert, das heißt
der Fluiddruck erhöht. Bei Zunahme des Drucks schließt das
als Rückschlagventil wirkende Ventil 138 automatisch.
Durch die weitere Drehung des Rotors 126 wird das Volumen
des Kolbenraums 136 weiter verringert, und das Hydraulikfluid
wird weiter unter Druck gesetzt, bis ab einem gewissen Schwellwert
das Ventil 138' – zum Beispiel ein federkraftbeaufschlagtes Kugelventil – öffnet
und das Hydraulikfluid in den nicht gezeigten Druck raum abgegeben
wird. Aus der beschriebenen Funktionsweise der Radialkolbenpumpe 43 ist
leicht ersichtlich, dass die pro Zeiteinheit geförderte
Menge des Hydraulikfluids lediglich von einer Drehzahldifferenz
zwischen dem Pumpengehäuse 124 und dem Rotor 126 abhängt.
Mit anderen Worten wird kein Hydraulikfluid gefördert,
wenn sich das Gehäuse 124 und der Rotor 126 mit
der gleichen Drehzahl drehen.
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Bei
der hier beschriebenen Anwendung der Radialkolbenpumpe 43 ist
allerdings nicht die Förderung eines Hydraulikfluids von
zentraler Bedeutung, sondern eine gesteuerte hydrostatische Kopplung des
Gehäuses 124 mit dem Rotor 126, um das
Zweimassenschwungrad 11 selektiv mit dem Getriebe verbinden
zu können. Dies lässt sich in Umkehrung des vorstehend
beschriebenen Funktionsprinzips der Radialkolbenpumpe 43 dadurch
realisieren, dass die Förderung des Hydraulikfluids bewusst
verhindert wird. Kann die Pumpe 43 nämlich durch
das Ventil 138' kein Hydraulikfluid abgeben, so kann sich
der Rotor 126 gegenüber dem Gehäuse 124 nicht
mehr drehen. Die Kopplung wird aufgehoben, indem die Hydraulikfluidförderung
wieder zugelassen wird.
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Die
Drehmomentübertragung durch die Kupplung 19 basiert
somit im Wesentlichen auf einer Drucksteuerung des durch die Pumpe 43 geförderten Hydraulikfluids
bzw. auf der Steuerung des druckraumseitig vorliegenden Pumpendrucks.
Außerdem ist aus den vorstehenden Ausführungen
ersichtlich, dass der Hydraulikdruck eine Funktion des übertragenen
Drehmoments ist.
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Die
Steuerung der Drehmomentübertragung wird durch die Drossel 45 (1)
ermöglicht. Um eine Kopplung zwischen dem Gehäuse 124 und
dem Rotor 126 der Pumpe 43 herzustellen, wird
die Drossel 45 geschlossen. Dadurch kann die Pumpe 43 kein
Hydraulikfluid mehr fördern, was bewirkt, dass das Gehäuse
und der Rotor der Pumpe 43 gegeneinander blockieren und
somit die sekundäre Schwungmasse 17 und die Abtriebswelle 21 drehfest
miteinander gekoppelt sind. Ein – teilweises – Öffnen
der Drossel 45 bewirkt eine – teilweise – Entkopplung
der genannten Komponenten.
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Eine
Vordruckpumpe 47 sorgt dafür, dass Verluste von
Hydraulikfluid ausgeglichen werden bzw. dass bei einem Start des
Fahrzeugs genügend Hydraulikdruck im System der hydrostatischen
Kupplung 19 vorhanden ist. Die Radialkolbenpumpe 43 saugt
das Hydraulikfluid aus einem Sumpf 49 an. Der Sumpf 49 empfängt über
Abführleitungen 51 Hydraulikfluid, das aufgrund
von Leckage aus der Kammer 31 der Kopplungseinrichtung 23 austritt,
sowie Hydraulikfluid, das aufgrund von Leckage aus dem genannten
Saugraum der Radialkolbenpumpe 43 (direkt oder über
die Vordruckpumpe 47) austritt.
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3 zeigt
eine stationäre Situation während des Betriebs
des erfindungsgemäßen Zweimassenschwungrads 11.
In dieser Situation wird ein konstantes Drehmoment von der primären
Schwungmasse 13 auf die sekundäre Schwungmasse 17 übertragen.
Das Mitnehmerelement 27 befindet sich am Rand eines Abschnitts
der Kurvenbahn 25, der einen Freigangwinkel definiert (symbolisiert
durch einen vertikalen Abschnitt). In diesem Bereich wirken keine
rückstellenden Kräfte, um den Verdrehwinkel zwischen
den beiden Schwungmassen 13, 17 zu reduzieren.
Bei einem umgekehrten Drehsinn der Schwungmassen würde
sich das Mitnehmerelement 27 im oberen Bereich des vertikalen
Abschnitts der Kurvenbahn 25 befinden.
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In
der dargestellten Situation einer zeitlich konstanten Drehmomentübertragung übertragen
somit die beiden Schwungmassen 13, 17 das gleiche Drehmoment.
Die sekundäre Schwungmasse 17 steht mit der (mittels
der Drossel 45) blockierten hydrostatischen Kupplung 19 in
Verbindung. Der in dem hydraulischen System der hydrostatischen
Kupplung 19 herrschende Druck ist dabei eine Funktion des übertragenen
Drehmoments. Dieser Druck herrscht auch in der Kammer 31 und
wirkt auf die Wirkflächen 29 und 29'.
Der in der Kammer 31 herrschende Hydraulikdruck drückt
einerseits – unterstützt von der Rückstellfeder 37,
was insbesondere bei geringem Hydraulikfluiddruck (wie beispielsweise
beim Starten des Motors) bedeutsam ist – das Mitnehmerelement 27 gegen
die Kurvenbahn 25, andererseits wird die Kopplungsfeder 35 komprimiert,
bis ein Kräftegleichgewicht in der Kopplungseinrichtung 23 herrscht.
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4 zeigt,
wie die Kopplungseinrichtung 23 auf eine plötzliche
Erhöhung des Drehmoments der primären Schwungmasse 13 reagiert
(Drehmomentstoß). Eine Erhöhung des Drehmoments
hat zur Folge, dass sich der Verdrehwinkel zwischen den Schwungmassen 13, 17 vergrößert
und das Mitnehmerelement 27 den Freigangwinkelbereich der
Kurvenbahn 25 verlässt. Das Mitnehmerelement 27 wird in
der schematischen Darstellung gemäß 4 nach rechts
gedrückt und erhöht den Druck in der Kammer 31.
Das Rückschlagventil 41 in der Verbindungsleitung 39 verhindert,
dass Hydraulikfluid in das hydraulische System der hydrostatischen
Pumpe 19 gelangt. Dort herrscht noch der geringe Hydraulikdruck, der
dem vor dem Drehmomentstoß übertragenen Drehmoment
entspricht.
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Infolge
der Druckerhöhung in der Kammer 31 wird die Kopplungsfeder 35 komprimiert,
wodurch deren rückstellende Kraft auf die Wirkfläche 29' erhöht
wird. Das gesamte System gelangt nach dem Drehmomentstoß wieder
in das Gleichgewicht, wenn die rückstellende Kraft – die
Summe der von den Federn 35, 37 erzeugten Kräfte – dem
Drehmoment entspricht, das zwischen den Schwungmassen 13, 17 übertragen
wird.
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Mit
anderen Worten wird das als ein Hydropolster wirksame Hydraulikfluidvolumen
in der Kammer 31 durch das Mitnehmerelement 27 nach
rechts gegen die Kopplungsfeder 35 verschoben. Die Bewegung
des Mitnehmerelements 27 komprimiert somit die Federn 35, 37 und
erhöht dadurch die von ihnen erzeugte rückstellende
Kraft. Es ist darauf hinzuweisen, dass grundsätzlich auch
auf die Rückstellfeder 37 verzichtet werden kann.
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Der
geschilderte Prozess – das heißt die Erhöhung
der rückstellenden Kraft – führt letztlich
auch zu einer Beschleunigung der sekundäre Schwungmasse 17,
was zur Folge hat, dass der von der hydrostatischen Kupplung 19 bereitgestellte
Hydraulikdruck ansteigt. Hierdurch wird über die Verbindungsleitung 39 das
Volumen der Kammer 31 erhöht. In dem neuen (nicht
gezeigten) Gleichgewichtszustand bei erhöhtem Drehmomentniveau
befindet sich das Mitnehmerelement 27 wieder im Freigangwinkelbereich
der Kurvenbahn 25. Die Kammer 31 weist jedoch
ein im Vergleich zu 2 größeres
Volumen auf und die Kopplungsfeder 35 ist infolge dessen stärker
komprimiert als in 2 gezeigt.
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Mit
anderen Worten liegt zwar bei dem nun nach dem Drehmomentstoß übertragenen
höheren Drehmoment der gleiche Verdrehwinkel zwischen den
Schwungmassen 13, 17 vor, wie vor dem Drehmomentstoß.
Somit steht genügend Bewegungsfreiheit zur Verfügung,
um auch auf dem nun erreichten Drehmomentniveau neuerliche Drehmomentstöße aufnehmen
zu können. Allerdings weist die Kopplungseinrichtung 23 nun
eine andere Kopplungscharakteristik auf, da aufgrund der Drehmomentabhängigkeit
der Pumpenleistung der Pumpe 43 in der Kammer 31 ein
höherer Hydraulikdruck herrscht und die Kopplungsfeder 35 durch
das Hydraulikfluid somit stärker vorgespannt ist.
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Die
Kopplungscharakteristik passt sich somit stets automatisch dem Lastzustand
des Zweimassenschwungrads 11 an. Es kann daher eine relativ weiche
Kupplungsfeder 35 gewählt werden, um bei niedrigen übertragenen
Drehmomenten eine niedrige Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads
zu erzeugen. Bei hohen übertragenen Drehmomenten wird die
Kopplungsfeder 35 automatisch vorgespannt, um stärkere
Rückstellkräfte bereitstellen zu können.
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Wie
den 1, 3 und 4 zu entnehmen
ist, kann Hydraulikfluid, das der Kammer 31 entweicht,
durch zwei Abführleitungen 51 dem Sumpf 49 zugeführt
werden. Es kann vorgesehen sein, Leckageverluste aus der Kammer 31 gering
zu halten. Für bestimmte Anwendungen kann es allerdings
von Interesse sein, bewusst bestimmte Hydraulikfluidmengen aus der
Kammer 31 entweichen zu lassen, um der Kopplungscharakteristik
eine dissipative Komponente zu verleihen.
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5 zeigt
eine Ausführungsform des Zweimassenschwungrads 11,
die aus Sicherheitsgründen Rückschlagventile 41 in
den Abführleitungen 51 aufweist. Außerdem
sind Drosseln 45' in Umgehungsleitungen der Rückschlagventile 41' und
in einer Verbindungsleitung zwischen den Umgehungsleitungen (d. h.
zwischen den beiden Rückräumen der Kammer 31)
angeordnet. Dadurch verläuft das Entweichen von Hydraulikfluid
aus der Kammer 31 auf kontrollierte Weise. Eine kontrollierte
Dämpfungscharakteristik ist die Folge. Weiterhin ist eine
Drossel 45'' in der Verbindungsleitung 39 zwischen
dem Rückschlagventil 41 und der Kammer 31 angeordnet.
Auch die Drossel 45'' ermöglicht eine Beeinflussung
der Kopplungscharakteristik und kann – wie auch die Drosseln 45' – angepasst
bzw. entsprechend gewählt werden, um dem Gesamtsystem die
gewünschte Charakteristik zu verleihen.
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Die
in 5 dargestellte Ausführungsform weist
weiterhin eine Kurvenbahn 25' auf, die parabelförmig
ausgebildet ist und keinen Freigangwinkelbereich aufweist. Dadurch
ergibt sich ein nicht-linearer Zusammenhang zwischen Verdrehwinkel
und rückstellender Kraft, die bereits bei kleinen Verdrehwinkeln
wirksam wird.
-
Den
vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, dass eine Reihe
von Faktoren die Kopplung zwischen den Schwungmassen 13, 17 und
die Reaktion des Systems auf einen Drehmomentstoß beeinflussen.
Zum einen ist dies die Ausgestaltung der Kurvenbahn 25, 25' und
die Drehmomentabhängigkeit des durch die Pumpe 43 erzeugten
Hydraulikdrucks (Pumpenleistung). Aber auch die Größe
der Wirkflächen 29, 29' sowie die elastischen
Eigenschaften der Kopplungsfeder 35 und der Rückstellfeder 37 spielen
eine wichtige Rolle. Durch eine geeignete Abstimmung und Auslegung
der einzelnen Komponenten kann die gewünschte Kopplungscharakteristik
erzeugt werden.
-
Grundsätzlich
kann das erfindungsgemäße Zweimassenschwungrad
auch ohne eine hydrostatische Kupplung realisiert werden, beispielsweise
mit einer konventionellen Kupplung und einer separaten, durch eine
der Schwungmassen angetriebenen Pumpe.
-
Zwar
wurde die Erfindung anhand einer Ausführungsform erläutert,
die eine Kopplung der Pumpe mit der sekundären Schwungmasse
aufweist. Es ist allerdings auch möglich, die Pumpe mit
der primären Schwungmasse zu koppeln.
-
- 11
- Zweimassenschwungrad
- 13
- primäre
Schwungmasse
- 15
- Kurbelwelle
- 17
- sekundäre
Schwungmasse
- 19
- hydrostatische
Kupplung
- 21
- Abtriebswelle
- 23
- Kupplungseinrichtung
- 25,
25'
- Kurvenbahn
- 27
- Mitnehmerelement
- 29,
29'
- Wirkfläche
- 31
- Kammer
- 33
- Gehäuse
- 35
- Kopplungsfeder
- 37
- Rückstellfeder
- 39
- Verbindungsleitung
- 41,
41'
- Rückschlagventil
- 43
- Pumpe
- 45,
45', 45''
- Drossel
- 47
- Vordruckpumpe
- 49
- Sumpf
- 51
- Abführleitung
- 124
- Pumpengehäuse
- 126
- Rotor
- 130
- Mittelpunkt
- 132
- Rotationsachse
- 134
- Kolben
- 136
- Kolbenraum
- 138,
138'
- Ventil
- 140a–e
- Zylinder
- M
- Motor
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007026141
A1 [0011]