DE102009032340A1

DE102009032340A1 - Schwingungstilger

Info

Publication number: DE102009032340A1
Application number: DE102009032340A
Authority: DE
Inventors: Eugen Kremer; Andreas Triller
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2010-02-04

Abstract

Schwingungstilger, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens ein Tilgerschwungrad, das gegen die Kraft einer Federanordnung gegenüber einem Hauptschwungrad verdrehbar ist, wobei die Federanordnung gegen die Kraft einer Feder radial verschiebbar ist, wobei die Feder eine nichtlineare Kennlinie der Federkraft zum Verschiebeweg aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungstilger und einen Antriebsstrang nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Durch Abstimmung der Eigenfrequenz einer zum Hauptsystem elastisch angekoppelten Tilgermasse auf die Anregungsfrequenz können Schwingungen der Hauptmasse im reibungsfreien System vollständig getilgt werden. Dies gilt aber nur für eine Frequenz, während die Anregungsfrequenzen z. B. in einem Fahrzeug von Drehzahl abhängen und sich dadurch in einem weiten Bereich ändern. Eine bekannte Modifizierung dieses Prinzips ist das Fliehkraftpendel. Hier wird die Tilgermasse als ein Pendel mit der Hauptmasse verknüpft. Da das Pendel sich im Fliehkraftfeld befindet, steigt seine Eigenfrequenz proportional zur Drehzahl. Bekannt sind verschiedene konstruktive Umsetzungen dieses Prinzips, die sich hauptsächlich durch die Lagerung des Pendels unterscheiden, z. B. eine einfache oder bifilare Aufhängung, Rollen- oder Ringpendel usw., siehe z. B. ATZ 9, 2001, Jörg, Werner, Eckel: Der drehzahladaptive Tilger DAT.
Fliehkraftpendel gewährleisten den gewünschten Tilgereffekt nur bei kleinen Amplituden der Tilgermasse und bei kleiner Dämpfung. Bei größeren Amplituden wird die Tilgungsgüte durch die Nichtlinearität der Pendelkennlinie beeinträchtigt. Auch ist der Tilger empfindlich gegenüber Reibung. Deswegen ist es ungünstig, dass bei einem Pendel im Fliehkraftfeld die Reibung der Fliehkraft und dadurch dem Quadrat der Drehzahl proportional ist.
Ein fliehkraftadaptiver Tilger ohne Pendel wird durch die DE 3411221 offenbart. Diese Lösung führt jedoch nicht zum Ziel: Die Eigenfrequenz bei dieser Lösung steigt zwar mit der Drehzahl an, es gibt aber kein Möglichkeit, diese proportional zur Drehzahl ansteigen zu lassen, was für den Tilgereffekt über einen großen Drehzahlbereich notwendig wäre.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schwingungstilger anzugeben, dessen Eigenfrequenz proportional oder nahezu proportional mit seiner Drehfrequenz steigt.
Dieses Problem wird gelöst durch einen Schwingungstilger und einen Antriebsstrang nach den unabhängigen Ansprüchen. Insbesondere wird das Problem gelöst durch einen Schwin gungstilger, insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens ein Tilgerschwungrad, das gegen die Kraft mindestens einer Federanordnung gegenüber einem Hauptschwungrad verdrehbar ist, wobei die Federanordnung gegen die Kraft einer Feder radial verschiebbar ist, wobei die Feder eine nichtlineare Kennlinie der Federkraft zu Verschiebeweg aufweist.
Die Federanordnung umfasst vorzugsweise eine Muffe, die entlang eines Steges radial verschiebbar ist, wobei der Steg an dem Hauptschwungrad befestigt ist und sich Federn der Federanordnung mit einem Einspannende an der Muffe und mit einem freien Ende an dem Tilgerschwungrad abstützen. Die freien Enden können radial entlang des Tigerschwungrades gleiten und so eine von der Fliehkraft und damit der Drehzahl abhängige Radialposition einnehmen.
Die Feder weist vorzugsweise eine kubische Kennlinie der Federkraft zu Verschiebeweg auf. Dadurch wird die Radialposition der Muffe proportional zur Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle.
Das Tilgerschwungrad umfasst vorzugsweise mehrere in axialer Richtung gestapelte Bleche. Dadurch kann dieses relativ einfach und kostengünstig als Stanzteil hergestellt werden, wobei unterschiedliche Massen bei gleichem Stanzbauteil durch stapeln mehrerer Stanzbauteile erzielt werden können.
Die Masse des Tilgerschwungrades sowie die Federsteifigkeit der Federn der Federanordnung und die Kennlinie der Feder sind bevorzugt so bemessen, dass die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers bei Verdrehung des Tilgerschwungrades gegenüber dem Hauptschwungrad ein ganzzahliges Vielfaches (also 1-fach, 2-fach, 3-fach usw.) der Drehfrequenz des Schwingungstilgers ist. Die Masse des Tilgerschwungrades wird bevorzugt durch die Anzahl und/oder Dicke der Bleche verändert.
Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch einen Antriebsstrang, insbesondere Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und einem Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle, wobei zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle ein Schwingungstilger umfassend mindestens ein Tilgerschwungrad, das gegen die Kraft einer Federanordnung gegenüber einem Hauptschwungrad verdrehbar ist, wobei die Federanordnung gegen die Kraft einer Feder mit einer nichtlineare Kennlinie der Federkraft zu Verschiebeweg radial verschiebbar ist, angeordnet ist.
Das Hauptschwungrad des Schwingungstilgers ist vorzugsweise mittels einer Torsionsfeder mit der Kurbelwelle verbunden. Dadurch wird eine weitere Elastizität in den Antriebsstrang eingebracht.
Das Hauptschwungrad des Schwingungstilgers ist vorzugsweise mit einer Torsionsfeder mit der Getriebeeingangswelle bzw. einer Kupplung verbunden. Auch dadurch kann eine weitere Elastizität in den Antriebsstrang eingebracht werden. Zwischen der Getriebeeingangswelle und dem Schwingungstilger kann zusätzlich eine Fahrzeugkupplung angeordnet sein.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
1 eine räumliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers;
2 einen Schwingungstilger gemäß 1 in einer Explosionsdarstellung zusammen mit zwei Torsionsfedern.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers 1. Dieser umfasst ein Hauptschwungrad 2 und ein Tilgerschwungrad 3. Das Tilgerschwungrad 3 ist gegenüber dem Hauptschwungrad 2 drehbeweglich gelagert, kann also gegenüber diesem verdreht werden. Das Tilgerschwungrad 3 umfasst mehrere in axialer Richtung, diese ist durch eine Rotationsachse 4 bezeichnet, gestapelte und fest miteinander verbundene, zum Beispiel verschweißte, verschraubte oder vernietete, Blechplatten. Das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt drei in axialer Richtung gestapelte Blechplatten 3a, 3b und 3c. Die Blechplatten sind also paketartig gestapelt und bilden das Tilgerschwungrad 3. Das Tilgerschwungrad 3 umfasst zwei gegenüber liegend angeordnete Ausschnitte 5, mit parallel zueinander verlaufenden geraden Seitenwänden 6 und 7. Die Seitenwände 6 und 7 verlaufen parallel zu einer durch die Mitte zwischen den beiden Seitenwänden verlaufenden gedachten radialen Linie 8. In die Ausschnitte 5 greift jeweils eine Federanordnung 9 ein. Die Federanordnungen 9 umfassen jeweils eine Muffe 10, an der auf der einen Seite eine oder mehrere Federn 11 und auf der anderen Seite eine oder mehrere Federn 12 mit einem Einspannende befestigt sind. Die Federn 11 ragen mit ihrem losen Ende in Richtung der Seitenwand 6, die Federn 12 ragen mit ihrem losen Ende in Richtung der Seitenwand 7. Die Muffen 10 sind jeweils in radialer Richtung verschiebbar an einem Steg 13 gelagert, der jeweils fest mit dem Hauptschwungrad 2 verbunden ist. Köpfe 14 der Stege 13 begrenzen den Verschiebeweg der Muffe. Bei einer Verschiebung der Muffen 10 werden die freien Enden der Federn 11 bzw. 12 entlang der Seitenwände 6 bzw. 7 verschoben, so dass sich der Abstand r der Federn 11, 12 zur Rotationsachse 4 verändert. Dadurch wird die Federkonstante bei einer Relativverdrehung des Tilgerschwungrades 3 gegenüber dem Hauptschwungrad 2 verändert. Zwischen der Muffe 10 und dem Hauptschwungrad 2 ist über eine Feder 15, die über den Steg 13 gesteckt ist, angeordnet. Die Federn 15 weisen eine nichtlineare Kennlinie auf. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Federn 15 jeweils eine kubische Kennlinie der Federkraft zum Federweg auf.
Bei einer Rotation des Schwingungstilgers 1 um die Rotationsachse 4 wirkt die Fliehkraft auf die Federanordnung 9 umfassend die Muffen 10 und die jeweils zugehörigen Federn 11 und 12 radial nach außen. Die Muffen 10 mitsamt der Federn 11 und 12 bewegen sich entlang der Stege 13 soweit radial nach außen bis durch das Zusammendrücken der Federn 15 eine Gleichgewichtsstellung erreicht wird.
Jede Muffe 10 ist radial mit Hilfe des nicht-linearen elastischen Elements 15 gefedert, deren Kraft in wesentlichen kubisch von der Radialposition der Muffe 10 abhängt. Da diese Kraft im Arbeitsbereich im Gleichgewicht mit der Fliehkraft ist, gilt mrΩ² ~ r³ => r ~ Ω. Dabei sind r die Radialposition der Muffe 10, m die Masse der Muffe 10, Ω die Drehgeschwindigkeit der Muffe 10 und damit die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle. Die Eigenfrequenz des Tilgers kann als
angegeben werden, wobei c_φ die Winkelsteifigkeit und J das Trägheitsmoment des Tilgerschwungrades sind. Da die Winkelsteifigkeit c_φ der Radialposition r² proportional ist, gilt ω ~ r ist und deswegen auch ω ~ Ω. Dies ermöglicht die Parameter so auszulegen, dass die Eigenfrequenz einer bestimmten Ordnung der Kurbelwellenanregung entspricht und die Tilgung der entsprechenden Frequenz gewährleistet wird. Weiter kann die Tilgung von mehreren Ordnungen erzielt werden. Dafür werden mehre parallele Tilgerschwungräder 3 an einer Welle gelagert und mit einer Muffe 10 elastisch verbunden. Die Dicke eines jeden Tilgerschwungrades 3 und die entsprechenden Federsteifigkeit können immer so ausgelegt werden, dass das Verhältnis zwischen einer der Eigenfrequenzen und der Drehgeschwindigkeit ω/Ω einer der Ordnungen (1, 2, 3 usw.) entspricht.
Statt zweier Federanordnungen 9 kann auch eine Federanordnung 9 oder mehr als zwei Federanordnungen 9 vorgesehen sein.
2 zeigt eine Anordnung umfassend einen erfindungsgemäßen Schwingungstilger mit einer Torsionsfeder 16 und einer Torsionsfeder 17. Die Torsionsfeder 16 dient der Anbindung des Schwingungstilgers 1 an eine Kurbelwelle, die Torsionsfeder 17 dient der Anbindung des Schwingungstilgers 1 an eine Getriebeeingangswelle bzw. an eine Kupplung, die wiederum mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist. Die Lage der Kupplung ließe sich auch umdrehen, diese könnte also auch z. B. zwischen der Torsionsfeder 16 und der Kurbelwelle angeordnet sein. Die Torsionsfedern 16 und 17 sind jeweils mit dem Hauptschwungrad 2 des Schwingungstilgers 1 verbunden.

1: Schwingungstilger
2: Hauptschwungrad
3: Tilgerschwungrad
4: Rotationsachse
5: Ausschnitt
6: Seitenwand
7: Seitenwand
8: Radiale Linie
9: Federanordnung
10: Muffe
11: Feder
12: Feder
13: Steg
14: Kopf
15: Feder
16: Torsionsfeder
17: Torsionsfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3411221 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ATZ 9, 2001, Jörg, Werner, Eckel: Der drehzahladaptive Tilger DAT [0002]

Claims

Schwingungstilger (1), insbesondere zur Verwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens ein Tilgerschwungrad (3), das gegen die Kraft mindestens einer Federanordnung (9) gegenüber einem Hauptschwungrad (2) verdrehbar ist, wobei die Federanordnung (9) gegen die Kraft einer Feder (15) radial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (15) eine nichtlineare Kennlinie der Federkraft zum Verschiebeweg aufweist.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (9) eine Muffe (10) umfasst, die entlang eines Steges (13) radial verschiebbar ist, wobei der Steg (13) an dem Hauptschwungrad (2) befestigt ist und sich die Federn der Federanordnung mit einem Einspannende an der Muffe (10) und mit einem freien Ende an dem Tilgerschwungrad (3) abstützen.
Schwingungstilger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (15) eine kubische Kennlinie der Federkraft zu Verschiebeweg aufweist.
Schwingungstilger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgerschwungrad (3) mehrere in axialer Richtung gestapelte Bleche (3a, 3b, 3c) umfasst.
Schwingungstilger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Masse sowie die Federsteifigkeit der Federn (11, 12) der Federanordnung (9) und die Kennlinie der Feder (15) so bemessen sind, dass die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers (1) bei Verdrehung des Tilgerschwungrades (3) gegenüber dem Hauptschwungrad (2) ein ganzzahliges Vielfaches der Drehfrequenz des Schwingungstilgers (1) ist.
Schwingungstilger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Tilgerschwungrades (3) durch die Anzahl und/oder Dicke der Bleche (3a, 3b, 3c) veränderbar ist.
Antriebsstrang, insbesondere Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und einem Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kurbelwelle und der Getriebeeingangswelle ein Schwingungstilger (1) umfassend mindestens ein Tilgerschwungrad (3), das gegen die Kraft einer Federanordnung (9) gegenüber einem Hauptschwungrad (2) verdrehbar ist, wobei die Federanordnung (9) gegen die Kraft einer Feder (15) mit einer nichtlinearen Kennlinie der Federkraft zum Verschiebeweg radial verschiebbar ist, angeordnet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptschwungrad (2) des Schwingungstilgers (1) mit einer Torsionsfeder (16) mit der Kurbelwelle verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptschwungrad (2) des Schwingungstilgers (1) mit einer Torsionsfeder (17) mit der Getriebeeingangswelle oder einer Kupplung verbunden ist.