DE102011009246A1

DE102011009246A1 - Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102011009246A1
Application number: DE102011009246A
Authority: DE
Inventors: Paul G. Otanez; Shushan Bai; Vijay A. Neelakantan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2011-09-01
Also published as: CN102135156A; US20130228041A1; US20110180358A1; US8424659B2; CN102135156B; US8807305B2

Abstract

Ein System zum Dämpfen einer Schwingung in einem Drehelement mit einer vorbestimmten Drehzahl der vorliegenden Erfindung weist eine selektiv bewegliche Masse und einen Positionierungsmechanismus auf. Die Masse steht mit dem Drehelement, das eine vorbestimmte Position aufweist, in Verbindung. Der Positionierungsmechanismus übt zumindest dann eine Kraft auf die Masse aus, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die durch den Positionierungsmechanismus ausgeübte Kraft orientiert die Masse in der vorbestimmten Position, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System zum Dämpfen einer Schwingung in einem Drehelement und insbesondere auf ein System mit einem Positionierungsmechanismus, der eine Masse in einer vorbestimmten Position orientiert, wenn das Drehelement unter einer vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
Zentrifugalpendel-Schwingungsdämpfer (CPVAs) werden typischerweise verwendet, um Torsionsschwingungen in rotierenden Maschinenkomponenten zu verringern. Ein Drehelement wie z. B. eine Welle umfasst beispielsweise mehrere CPVAs, die symmetrisch um eine Drehachse der Welle angeordnet sind. Jeder CPVA weist eine Pendelmasse auf, die hinsichtlich der Bewegung entlang eines spezifischen Weges relativ zur Drehachse der Welle eingeschränkt ist. Jede Pendelmasse schwingt oder bewegt sich entlang des Weges hin und her, wenn die Welle arbeitet. Der Bewegung der Pendelmassen über die Wege wirken Drehmomentschwankungen entgegen, die erzeugt werden, wenn die Welle arbeitet, was die Torsionsschwingung der Welle verringert.
Wenn die Welle zum Stillstand kommt, stoppen die Pendelmassen die Bewegung und setzen sich gewöhnlich in verschiedenen Positionen in Bezug auf die Drehachse der Welle ab. Das Ermöglichen, dass sich die Pendelmassen in verschiedenen Positionen absetzen, kann jedoch die Zeit verlängern, die es dauert, bis die Pendelmassen zum Stillstand kommen, trägt zur Instabilität der Welle bei und kann auch zu einem ungewollten Geräusch führen, wenn die Welle beginnt, sich wieder zu drehen.
Ein weiteres bekanntes Problem bei CPVAs tritt auf, wenn die Welle mit niedrigeren Drehzahlen arbeitet. Insbesondere erzeugt die Bewegung der Pendelmassen gewöhnlich ungewollte Geräusche wie z. B. Rattern, wenn die Welle mit einer relativ langsamen Drehzahl arbeitet. Alle vorstehend erörterten Probleme können in Kraftfahrzeuganwendungen problematisch sein, insbesondere wenn der Motor anläuft und zum Stillstand kommt.
Obwohl CPVAs ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, ist der Bedarf an neuen und verbesserten CPVA-Konfigurationen, die eine verbesserte Leistung, insbesondere vom Standpunkt des Geräuschs, aufweisen, im Wesentlichen konstant. Folglich besteht ein Bedarf an einem verbesserten, kosteneffizienten und ruhigeren CPVA.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein System zum Dämpfen einer Schwingung in einem Drehelement mit einer selektiv beweglichen Masse und einem Positionierungsmechanismus geschaffen. Das Drehelement weist eine vorbestimmte Drehzahl auf. Die Masse steht mit dem Drehelement in Verbindung und weist eine vorbestimmte Position auf. Der Positionierungsmechanismus übt zumindest dann eine Kraft auf die Masse aus, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die durch den Positionierungsmechanismus ausgeübte Kraft orientiert die Masse in der vorbestimmten Position, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine zweite selektiv bewegliche Masse mit einer zweiten vorbestimmten Position enthalten. Die vorbestimmte Position und die zweite vorbestimmte Position sind etwa gleich, wenn sie von einer Drehachse des Drehelements gemessen werden.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfährt die Masse eine Beschleunigungskraft, wenn das Drehelement über die vorbestimmte Drehzahl beschleunigt, wobei die Beschleunigungskraft die Masse aus der vorbestimmten Position drängt.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die vom Positionierungsmechanismus ausgeübte Kraft von der Masse entfernt, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Positionierungsmechanismus eine Positionierungsmasse und einen Vorbelastungsmechanismus, der mit dem Drehelement an einem Ende und der Positionierungsmasse an einem anderen Ende verbunden ist. Die Positionierungsmasse erfährt eine Zentrifugalkraft, die den Vorbelastungsmechanismus zusammendrückt, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Vorbelastungsmechanismus eine Feder, die die Masse berührt, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Positionierungsmechanismus ferner einen Hebel und ein Kontaktelement. Die Positionierungsmasse befindet sich an einem ersten Ende des Hebels, und der Vorbelastungsmechanismus befindet sich an einem zweiten Ende des Hebels und das Kontaktelement ist mit dem Hebel verbunden und berührt selektiv die Masse und übt die Kraft aus, wenn sich der Hebel um einen Drehpunkt dreht.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Hebel in derselben Ebene wie eine Drehachse des Drehelements angeordnet, und wobei der Drehpunkt so angeordnet ist, dass er zur Drehachse im Wesentlichen senkrecht ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Masse im Wesentlichen rollenförmig und das Drehelement umfasst eine entsprechende Aussparung innerhalb der Welle. Die Masse bewegt sich innerhalb der Aussparung, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Masse mit der Drehwelle durch mindestens ein Schwenkelement mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt verbunden. Das Schwenkelement ist mit dem Drehelement an einem ersten Endabschnitt verbunden und mit der Masse an dem zweiten Endabschnitt verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Masse mindestens eine Aussparung und das Drehelement umfasst mindestens eine Stütze. Die Stütze ist durch die Aussparung der Masse aufgenommen und die Masse bewegt sich um die Stütze, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Masse mit der Welle durch den Positionierungsmechanismus verbunden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein System zum Dämpfen einer Schwingung in einem Drehelement mit dem Drehelement, mindestens zwei selektiv beweglichen Massen und einem Positionierungsmechanismus geschaffen. Das Drehelement weist eine vorbestimmte Drehzahl auf. Die selektiv beweglichen Massen stehen mit dem Drehelement in Verbindung und jede weist eine vorbestimmte Position auf. Die vorbestimmte Position jeder Masse wird von einer Drehachse des Drehelements gemessen. Jeder der Positionierungsmechanismen entspricht einer der Massen. Der Positionierungsmechanismus übt eine Kraft auf die entsprechende Masse zumindest dann aus, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die durch den Positionierungsmechanismus ausgeübte Kraft orientiert die Masse in der vorbestimmten Position, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die vorbestimmte Position für jede Masse ist einander etwa gleich, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst jeder Positionierungsmechanismus eine Positionierungsmasse und einen Vorbelastungsmechanismus, der mit dem Drehelement an einem Ende und der Positionierungsmasse an einem anderen Ende verbunden ist. Die Positionierungsmasse erfährt eine Zentrifugalkraft, die den Vorbelastungsmechanismus zusammendrückt, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Vorbelastungsmechanismus eine Feder und die Positionierungsmasse berührt die Masse und übt die Kraft aus, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede Masse mit der Welle durch den Positionierungsmechanismus verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede Masse mit der Drehwelle durch mindestens ein Schwenkelement mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt verbunden. Das Schwenkelement ist mit dem Drehelement an einem ersten Endabschnitt verbunden und ist mit der entsprechenden Masse an dem zweiten Endabschnitt verbunden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein System zum Dämpfen einer Schwingung in einem Drehelement mit dem Drehelement, selektiv beweglichen Massen und einem Positionierungsmechanismus geschaffen. Das Drehelement weist eine vorbestimmte Drehzahl auf. Die selektiv bewegliche Masse ist mit dem Drehelement verbunden und weist eine vorbestimmte Position auf. Der Positionierungsmechanismus umfasst eine Positionierungsmasse und der Positionierungsmechanismus übt eine Kraft auf die Masse aus, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die Kraft wird von der Masse entfernt, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die Positionierungsmasse erfährt eine Zentrifugalkraft, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die durch den Positionierungsmechanismus ausgeübte Kraft orientiert die Masse in der vorbestimmten Position, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, und der Positionierungsmechanismus berührt die Masse nicht, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Positionierungsmechanismus einen Vorbelastungsmechanismus, der eine Feder ist. Die durch die Positionierungsmasse erfahrene Zentrifugalkraft drückt den Vorbelastungsmechanismus zusammen, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jede Masse mit der Drehwelle durch mindestens ein Schwenkelement mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt verbunden. Das Schwenkelement ist mit dem Drehelement an einem ersten Endabschnitt verbunden und ist mit der entsprechenden Masse am zweiten Endabschnitt verbunden.
Weitere Anwendungsgebiete werden aus der hier gegebenen Beschreibung ersichtlich. Selbstverständlich sind die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur für Erläuterungszwecke vorgesehen und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht begrenzen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur Erläuterungszwecken und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung keineswegs begrenzen.
1 ist eine Darstellung eines Schwingungsdämpfersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Schwingungsdämpfersystem eine Welle umfasst, die unter einer vorbestimmten Drehzahl arbeitet;
2 ist eine Darstellung des Schwingungsdämpfersystems in 1, wobei die Welle oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet;
3 ist eine Darstellung eines Schwingungsdämpfersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Schwingungsdämpfersystem eine Welle umfasst, die unter einer vorbestimmten Drehzahl arbeitet;
4 ist eine Darstellung des Schwingungsdämpfersystems in 3, wobei die Welle oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet;
5A ist eine Seitenansicht eines Schwingungsdämpfersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Schwingungsdämpfersystem eine Welle umfasst, die unter einer vorbestimmten Drehzahl arbeitet;
5B ist eine Vorderansicht einer Masse des Schwingungsdämpfersystems in 5A;
6A ist eine Seitenansichtsdarstellung des Schwingungsdämpfersystems in 5A, wobei die Welle oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet;
6B ist eine Vorderansicht der Masse des Schwingungsdämpfersystems in 6A;
7 ist eine Darstellung eines Schwingungsdämpfersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8A ist eine Darstellung eines Schwingungsdämpfersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8B ist eine Darstellung einer Pendelmasse und eines Positionierungsmechanismus, der in 8A dargestellt ist;
9 ist eine Darstellung eines Schwingungsdämpfersystems gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine Darstellung eines Schwingungsdämpfersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
11 ist eine Darstellung eines Schwingungsdämpfersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen nicht begrenzen. In 1 ist ein Schwingungsdämpfersystem im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Schwingungsdämpfersystem 10 umfasst ein Drehelement oder eine Welle 12 und mindestens einen Schwingungsdämpfer 14. Die Welle 12 kann durch einen Motor (nicht dargestellt) oder eine andere ein Drehmoment erzeugende Maschine angetrieben werden, um ein Antriebsdrehmoment zur Welle 12 zu liefern. Die Welle 12 ist in 1 mit einer vorbestimmten Drehzahl arbeitend dargestellt, wobei die vorbestimmte Drehzahl vorkommt, wenn die Welle 12 mit entweder einer niedrigen Motordrehzahl arbeitet oder wenn sich die Welle 12 in Ruhe befindet. Eine niedrige Motordrehzahl ist als Motordrehzahl im Leerlauf definiert, die typischerweise etwa 500 min^–1 sein kann.
Jeder der Schwingungsdämpfer 14 ist in einem im Wesentlichen symmetrischen Muster um eine Drehachse A-A der Welle 12 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei Schwingungsdämpfer 14 im Schwingungsdämpfersystem 10 enthalten, der Fachmann auf dem Gebiet erkennt jedoch, dass eine beliebige Anzahl von Schwingungsdämpfern verwendet werden kann. 1 stellt die Schwingungsdämpfer als Zentrifugalpendel-Schwingungsdämpfer (CPVAs) dar, andere Variationen von Schwingungsdämpfern können jedoch ebenso verwendet werden.
Jeder der Schwingungsdämpfer 14 umfasst eine Pendelmasse 20. In der Ausführungsform, wie gezeigt, ist die Masse 20 blockförmig, der Fachmann auf dem Gebiet erkennt jedoch, dass eine beliebige Form oder Konfiguration, wie z. B. eine kugelförmige oder rollenförmige Masse, ebenso verwendet werden kann. Wenn die Welle 12 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, befindet sich jede der Massen 20 etwa an derselben Stelle in Bezug auf die Drehachse A-A der Welle 12. Eine vorbestimmte Position P wird verwendet, um die Position der Massen 20 anzugeben, wenn die Welle 12 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
Jede Masse 20 steht mit der Welle 12 in Verbindung, wobei mehrere verschiedene Methoden existieren, die die Massen 20 mit der Welle 12 in Verbindung setzen. In der Ausführungsform, wie gezeigt, sind beispielsweise die Massen 20 jeweils mit der Welle 12 durch mehrere Verbindungselemente 26 verbunden. Jedes der Verbindungselemente 26 umfasst einen ersten Endabschnitt 30 und einen zweiten Endabschnitt 32. Die Verbindungselemente 26 sind mit der Welle 12 am ersten Endabschnitt 30 verbunden und sind mit der Masse 20 am zweiten Endabschnitt 32 verbunden. Obwohl die vorliegende Ausführungsform zwei Verbindungselemente 26 darstellt, die bei jeder Masse 20 enthalten sind, kann eine beliebige Anzahl von Verbindungselementen verwendet werden, um die Massen 20 mit der Welle 12 zu verbinden. Überdies erkennt ein Fachmann auf dem Gebiet, dass andere Mechanismen ebenso verwendet werden können, um die Massen 20 mit der Welle 12 zu verbinden.
Jedes Verbindungselement 26 ist selektiv um den ersten Endabschnitt 30 schwenkbar. Insbesondere wenn die Welle 12 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, kann das Verbindungselement 26 um den ersten Endabschnitt 30 (in 2 dargestellt) schwenken, was ermöglicht, dass die entsprechende Masse 20 in einem eingeschränkten Weg schwingt. Mit Bezug auf 1 schwenkt das Verbindungselement 26 nicht wesentlich um den ersten Endabschnitt 30, wenn die Welle 12 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, und die entsprechende Masse 20 bleibt relativ stationär in der vorbestimmten Position P. Folglich bewegt das Verbindungselement 26 selektiv die Masse 20 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Welle 12.
Jeder der Zentrifugalschwingungsdämpfer 14 umfasst auch einen Positionierungsmechanismus 36, der verwendet wird, um die Masse 20 in der vorbestimmten Position P zu orientieren. In der Ausführungsform, wie gezeigt, ist der Positionierungsmechanismus 36 ein Vorbelastungssystem mit einem Vorbelastungselement 38, einer Kontaktmasse 40 und einem Befestigungspunkt 42. Der Befestigungspunkt 42 des Positionierungsmechanismus 36 wird verwendet, um den Positionierungsmechanismus 36 an der Welle 12 fest anzubringen. Die Kontaktmasse 40 stellt einen Abschnitt des Positionierungsmechanismus 36 dar, der selektiv einen Kontakt mit einer äußeren Oberfläche 44 der entsprechenden Masse 20 herstellt.
Das Vorbelastungselement 38 übt eine Kraft F auf die Masse 20 zumindest dann aus, wenn die Welle 12 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. In der Ausführungsform, wie gezeigt, ist das Vorbelastungselement 38 eine Feder, die die Kraft F einwärts in Richtung der Drehachse A-A der Welle 12 ausübt. Obwohl die vorliegende Ausführungsform eine Feder umfasst, die verwendet wird, um die Kraft F auszuüben, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, dass ein beliebiger Typ von Vorrichtung, die die Kraft F auf die Masse 20 ausübt, ebenso verwendet werden kann. Der Positionierungsmechanismus 36 könnte beispielsweise einen Magneten oder einen Kolben umfassen.
Die durch den Positionierungsmechanismus 36 ausgeübte Kraft F drängt die entsprechende Masse 20 in die vorbestimmte Position P. Insbesondere ist das Vorbelastungselement 38 an der Kontaktmasse 40 befestigt, wo die Kontaktmasse 40 die Kraft F auf die entsprechende Masse 20 ausübt, indem sie einen Kontakt mit der Masse 20 herstellt. In der Ausführungsform, wie dargestellt, wird jede Masse 20 einwärts in Richtung der Drehachse A-A gedrängt, so dass die Masse 20 an einer Oberfläche 46 des Schwingungsdämpfers 14 anliegt.
Wenn die Welle 12 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, kann jede Masse 20 nicht mehr in der vorbestimmten Position P orientiert sein und bewegt sich stattdessen entlang eines spezifischen Weges relativ zur Drehachse A-A der Welle 12. 2 stellt die Welle 12 dar, die sich oberhalb der vorbestimmten Drehzahl dreht, wobei jede Masse 20 sich aus der vorbestimmten Position P bewegt hat und über einen Weg 50 läuft.
Das Vorbelastungselement 38 wird durch eine Zentrifugalkraft CF zusammengedrückt, die durch die Kontaktmasse 40 erfahren wird. Die Zentrifugalkraft CF wird erzeugt, wenn die Welle 12 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die Zentrifugalkraft CF wird in einer Richtung ausgeübt, die zur Kraft F im Allgemeinen entgegengesetzt ist und diese überwindet, wobei das Vorbelastungselement 38 von der Drehachse A-A weg und in einen zusammengedrückten Zustand gedrängt wird. Der Positionierungsmechanismus 36 zieht sich nach außen von der Drehachse A-A weg zurück, so dass die Kontaktmasse 40 außerstande ist, die Masse 20 zu berühren. Daher ist die Kontaktmasse 40 außerstande, die Kraft F auf die Masse 20 auszuüben, wenn die Welle 12 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
Wenn die Welle 12 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, wird jede Masse 20 aus der vorbestimmten Position P gedrängt und kann sich frei über den Weg 50 bewegen. Insbesondere können die Verbindungselemente 26 um den ersten Endabschnitt 30 schwenken, wodurch der Weg 50 erzeugt wird, über den sich die entsprechende Masse 20 bewegt. Die Bewegung der Masse 20 entlang des Weges 50 wird verwendet, um zumindest einigen der Drehmomentschwankungen entgegenzuwirken, die erzeugt werden, wenn die Welle 12 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, was dadurch die Torsionsschwingung der Welle 12 verringert.
Da der Positionierungsmechanismus 36 nicht mehr die Kraft F auf die Masse 20 ausübt, wenn sich die Welle 12 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl dreht, ist die Bewegung der Masse 20 entlang des Weges 50 von der Kraft F, die durch den Positionierungsmechanismus 36 ausgeübt wird, unabhängig. Dies kann bei zumindest einigen Typen von Anwendungen erwünscht sein, da einige Typen von Schwingungsdämpfern, insbesondere CPVAs, gewöhnlich eine Eigenfrequenz aufweisen, die zur Drehzahl der Welle 12 direkt proportional ist. Eine Eigenfrequenz, die zur Drehzahl der Welle 12 direkt proportional ist, dämpft Torsionsschwingungen der Welle 12 in einem breiten Bereich von Frequenzen. Selbstverständlich kann jedoch in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Positionierungsmechanismus eine Kraft auf die Masse ausüben, wenn die Welle oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
Mit Bezug auf 3 ist ein Schwingungsdämpfer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Bezugszeichen 110 dargestellt. Der Schwingungsdämpfer 110 umfasst eine Welle 112 und einen Schwingungsdämpfer 114, wobei die Welle 112 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitend dargestellt ist. Der Schwingungsdämpfer 114 umfasst eine Masse 120, die mit der Welle 112 durch mehrere Verbindungselemente 126 verbunden ist. Ein Positionierungsmechanismus 136 übt eine Kraft F1 in einer Richtung nach außen von der Drehachse A-A der Welle 120 weg aus. Die Kraft F1 orientiert die Masse 120 in einer vorbestimmten Position P1 nach außen von der Drehachse A-A weg. Die Verbindungselemente 126 wurden um einen ersten Endabschnitt 130 nach außen von der Drehachse A-A der Welle 112 weg geschwenkt.
Der Positionierungsmechanismus 136 umfasst ein Vorbelastungselement 138, ein Kontaktelement 140, einen Hebel 154, einen Befestigungspunkt 142 und eine zweite Masse 152. Die zweite Masse 152 ist an einem zweiten Endabschnitt 158 des Hebels 154 befestigt. Wenn die Welle 112 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, übt das Vorbelastungselement 138 die Kraft F1 nach außen von der Drehachse A-A weg und auf einen ersten Endabschnitt 156 des Hebels 154 aus. Die Kraft F1 wird auf die Masse 120 durch das Kontaktelement 140 ausgeübt. Insbesondere wenn der Hebel 154 um einen Drehpunkt 160 stationär ist, stellt ein Abschnitt 162 des Kontaktelements 140 einen Kontakt mit einem Abschnitt einer äußeren Oberfläche 144 der Masse 120 her. Das Kontaktelement 140 übt die Kraft F1 nach außen von der Drehachse A-A weg aus, wodurch die Masse 120 in der vorbestimmten Position P1 orientiert wird.
Wenn die Welle 112 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, drückt sich mit Bezug auf 4 das Vorbelastungselement 138 aufgrund einer Zentrifugalkraft CF 1, die durch die zweite Masse 152 erfahren wird, nach innen in Richtung der Drehachse A-A zusammen. Die Zentrifugalkraft CF 1 wird erzeugt, wenn die Welle 112 in einer Drehbewegung oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Wenn die Welle oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, überwindet die von der zweiten Masse 152 erfahrene Zentrifugalkraft CF1 die Kraft F1. Die Zentrifugalkraft CF1 drängt das Vorbelastungselement 138 nach innen von der Drehachse A-A und in einen zusammengedrückten Zustand, wodurch der Hebel 154 um den Drehpunkt 160 geschwenkt wird.
Wenn die Zentrifugalkraft CF1 den Hebel 154 zum Schwenken um den Drehpunkt 160 drängt, steht der Abschnitt 162 des Kontaktelements 140 nicht mehr mit der äußeren Oberfläche 144 der Masse 120 in Kontakt. Daher wird die Kraft F1 nicht auf die Masse 120 ausgeübt und die Masse 120 wird aus der vorbestimmten Position P1 gedrängt. Die Masse 120 kann sich frei über einen Bewegungsweg 150 bewegen, wenn die Welle 112 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Schwingungsdämpfer in 5A als Bezugszeichen 210 dargestellt. Der Schwingungsdämpfer 210 umfasst eine Welle 212 und einen Schwingungsdämpfer 214, wobei die Welle 212 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitend dargestellt ist. Mit Bezug auf beide von 5A–5B umfasst ein Positionierungsmechanismus 236 einen Hebel 254, ein Kontaktelement 240, ein Vorbelastungselement 238, einen Befestigungspunkt 242 und eine zweite Masse 252. Der Hebel 254 ist in derselben Ebene wie die Drehachse A-A der Welle 212 orientiert und der Drehpunkt 260 ist so angeordnet, dass er zur Drehachse A-A im Allgemeinen senkrecht ist. Der Drehpunkt 260 des Hebels 254 verbindet den Hebel 254 drehbar mit der Welle 212 und ein Abschnitt 262 des Kontaktelements 240 stellt einen Kontakt mit einer äußeren Oberfläche 244 der Masse 220 her. Die Masse 220 ist mit der Welle 212 durch mehrere Verbindungselemente 226 verbunden.
Die zweite Masse 252 ist an einem zweiten Endabschnitt 258 des Hebels 254 befestigt. Wenn die Welle 212 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, übt das Vorbelastungselement 238 eine Kraft F2 nach außen von der Drehachse A-A weg und auf einen ersten Endabschnitt 256 des Hebels 254 aus. Das Kontaktelement 240 übt die Kraft F2 nach außen von der Drehachse A-A weg und auf die Masse 220 aus, was die Masse 220 in einer vorbestimmten Position P2 orientiert.
Wenn die Welle 212 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, drückt sich das Vorbelastungselement 238 mit Bezug auf 6A aufgrund einer Zentrifugalkraft CF2, die von der zweiten Masse 252 erfahren wird, nach innen in Richtung der Drehachse A-A zusammen. Die Zentrifugalkraft CF2 wird erzeugt, wenn die Welle 212 in einer Drehbewegung oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die Zentrifugalkraft CF2 wird in einer Richtung ausgeübt, die zur Kraft F2 im Allgemeinen entgegengesetzt ist, und drängt das Vorbelastungselement 238 nach innen in Richtung der Drehachse A-A und in einen zusammengedrückten Zustand, was den Hebel 254 um den Drehpunkt 260 schwenkt.
Wenn der Hebel 254 um den Drehpunkt 260 schwenkt, übt das Kontaktelement 240 mit Bezug auf beide von 6A–6B nicht mehr die Kraft F2 auf die Masse 220 aus. Die Masse 220 kann sich über einen Weg 250 bewegen, der durch das Schwenken der Verbindungselemente 226 um die ersten Endabschnitte 230 erzeugt wird, wenn die Masse 220 nicht mehr in der vorbestimmten Position P2 eingeschränkt ist.
Obwohl die Schwingungsdämpfer 10, 110 und 210 die Massen als blockförmige Pendelmassen darstellen, die mit der Welle durch ein Verbindungselement verbunden sind, können andere Typen von Massen und Verbindungsmechanismen ebenso verwendet werden. Mit Bezug auf 7 ist beispielsweise ein Schwingungsdämpfer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Bezugszeichen 310 dargestellt. Der Schwingungsdämpfer 310 umfasst eine Welle 312 und mindestens einen Schwingungsdämpfer 314. Jede Masse 320 umfasst mindestens eine Öffnung 360, die innerhalb der Masse 320 angeordnet ist. Eine entsprechende Stütze 362, die mit der Welle 312 verbunden ist, kann für jede Öffnung 360 vorgesehen sein, wobei jede Öffnung 360 mindestens eine der Stützen 362 aufnimmt. Ein Abschnitt einer inneren Oberfläche 364 jeder Öffnung 360 kann einen Abschnitt einer äußeren Oberfläche 366 der Stütze 362 berühren.
Ein Positionierungsmechanismus 336 orientiert die Masse 320 in einer vorbestimmten Position P3, wenn die Welle 312 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. In der Ausführungsform, wie dargestellt, ist der Positionierungsmechanismus eine Schraubenfeder mit einem ersten Endabschnitt 330 und einem zweiten Endabschnitt 332. Der erste Endabschnitt 330 verbindet mit der Welle 312 und der zweite Endabschnitt 232 verbindet mit einer der Massen 320. Im Gegensatz zu den vorstehend erörterten Schwingungsdämpfersystemen 10, 110 und 210 bleibt der Positionierungsmechanismus 336 mit der Masse 320 verbunden, wenn die Welle 312 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
Der Positionierungsmechanismus 336 übt eine Kraft F3 aus, die einer Beschleunigungskraft AF3 entgegenwirkt. Die Beschleunigungskraft AF3 ist eine Kraft, die die Masse 320 erfährt, entweder wenn die Welle 312 über die vorbestimmte Drehzahl beschleunigt, oder durch Drehmomentschwankungen, die erzeugt werden, wenn die Welle 12 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Die Beschleunigungskraft AF3 ermöglicht, dass sich die Masse 320 über den Weg 350 in einer Seitwärtsbewegung bewegt.
In der Ausführungsform, wie dargestellt, wird die Kraft F3 einwärts in Richtung der Drehachse A-A ausgeübt. Die Kraft F3 orientiert jede Masse 320 in der vorbestimmten Position P3, so dass jede Masse 320 hinsichtlich der Bewegung auf die vorbestimmte Position P3 eingeschränkt ist, wenn die Welle 312 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. Wenn sie sich in der vorbestimmten Position P3 befindet, überwindet die durch die entsprechende Masse 320 erzeugte Beschleunigungskraft AF3 nicht die durch den Positionierungsmechanismus 336 ausgeübte Kraft F3. Folglich bleibt jede Masse 320 in der vorbestimmten Position P3 orientiert.
Wenn die Welle 312 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, überwindet die durch jede Masse 320 erfahrene Beschleunigungskraft AF3 die Kraft F3 vom Positionierungsmechanismus 336. Jede Masse 320 wird aus der vorbestimmten Position P3 gedrängt und kann sich entlang des Weges 350 bewegen, wobei sich jede Masse 320 um die entsprechende Stütze 362 bewegen kann. Insbesondere wenn sich die Masse 320 um die entsprechende Stütze 362 bewegt, gleitet ein Abschnitt der äußeren Oberfläche 366 der Stütze 362 über einen Abschnitt der inneren Oberfläche 364 der Öffnung 360.
In noch einer weiteren Ausführungsform eines Schwingungsdämpfersystems 410, wie in 8A dargestellt, umfasst das Schwingungsdämpfersystem 410 eine Welle 412 und drei Schwingungsdämpfer 414. In der Ausführungsform, wie gezeigt, umfasst der Schwingungsdämpfer 414 eine Masse 420, die im Wesentlichen rollenförmig ist. Die Welle 412 umfasst mehrere Aussparungen 470 innerhalb der Welle 412, wobei jede Aussparung 470 eine entsprechende Masse 420 aufnimmt. Die Aussparung 470 umfasst eine bogenförmige innere Oberfläche 472, wobei sich die rollenförmige Masse 420 innerhalb der Aussparung 470 bewegt und über die bogenförmige innere Oberfläche 472 rollen kann.
Ein Positionierungsmechanismus 436 orientiert die Masse 420 in einer vorbestimmten Position P4. In der Ausführungsform, wie in jeder von 8A–8B dargestellt, umfasst der Positionierungsmechanismus 436 mehrere Spiralblattfedern. 8A stellt zwei Spiralblattfedern dar, die um einen Abschnitt der inneren Oberfläche 472 der Aussparung 470 und einen Abschnitt einer äußeren Oberfläche 474 der Masse 420 gewickelt sind, wodurch die Masse 420 mit der Welle 412 verbunden ist. 8B ist eine detaillierte Darstellung der Masse 420 und einer einzelnen Spiralblattfeder, die um einen Abschnitt der äußeren Oberfläche 474 der Masse 420 gewickelt ist. Wenn man sich wieder 8A zuwendet, ist jede der Spiralblattfedern vorbelastet und übt eine Kraft F4 um einen Abschnitt der äußeren Oberfläche 474 der Masse 420 aus. Die Spiralblattfedern orientieren die entsprechende Masse 420 in einer vorbestimmten Position P4, wenn die Welle 420 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
Wenn die Welle 412 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, überwindet eine durch die Masse 420 erfahrene Beschleunigungskraft AF4 die Kraft F4 vom Positionierungsmechanismus 436. Jede Masse 420 wird aus der vorbestimmten Position P4 gedrängt und bewegt sich entlang eines Weges 450 innerhalb der Aussparung 470. Der Weg 450 kann zumindest teilweise durch die bogenförmige Form der inneren Oberfläche 472 definiert sein, wobei die Masse 420 über die bogenförmige innere Oberfläche 472 der Aussparung 470 rollen kann. Zumindest ein Abschnitt des Positionierungsmechanismus 436 bleibt um die äußere Oberfläche 474 der Masse 420 gewickelt, wenn die Welle 412 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In der Ausführungsform, wie in 8A gezeigt, ist der Positionierungsmechanismus 436 eine Spiralblattfeder, der Fachmann auf dem Gebiet erkennt jedoch, dass ebenso andere Typen von Mechanismen verwendet werden können, um die Massen 420 zu positionieren. In der Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, umfasst beispielsweise ein Schwingungsdämpfersystem 510 einen Positionierungsmechanismus 536, der ein Permanentmagnet ist. Der Magnet übt eine Magnetkraft F5 aus, um eine Masse 520 in einer vorbestimmten Position P5 zu positionieren, wenn die Welle 512 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. In der Ausführungsform, wie dargestellt, ist die Masse 520 aus einem magnetischen Material konstruiert, so dass die Masse 520 zum Positionierungsmechanismus 536 hin in einer Richtung nach außen von der Drehachse A-A weg angezogen wird. Ein Abschnitt einer inneren Oberfläche 572 einer Aussparung 570 und ein Abschnitt einer äußeren Oberfläche 574 der Masse 520 berühren einander. Wenn die Welle 512 über die vorbestimmte Drehzahl beschleunigt, überwindet die von der Masse 520 erfahrene Beschleunigungskraft AF5 die Kraft F5 und die Masse 520 kann sich frei in einem Weg 550 bewegen. In der Ausführungsform, wie dargestellt, kann die Masse 520 über die bogenförmige innere Oberfläche 572 der Aussparung 570 rollen, während sie sich entlang des Weges 550 bewegt.
Mit Bezug auf 10 ist ein Schwingungsdämpfer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Bezugszeichen 610 dargestellt. Der Schwingungsdämpfer 610 umfasst eine Welle 612 und drei Schwingungsdämpfer 614. Die Schwingungsdämpfer 614 umfassen jeweils eine Masse 620, die sich über einen Bewegungsweg 650 bewegt, wenn die Welle 612 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet. In der Ausführungsform, wie dargestellt, ist jede Masse 620 ein im Wesentlichen kugelförmiges Element.
Ein Positionierungsmechanismus 636 orientiert die entsprechende Masse 620 in einer vorbestimmten Position P6. In der Ausführungsform, wie gezeigt, ist die Masse 620 mit der Welle 612 durch ein Verbindungselement 626 verbunden, wobei jedes Verbindungselement 626 einen ersten Endabschnitt 630 und einen zweiten Endabschnitt 632 umfasst. Die Verbindungselemente 626 können mit der Welle 612 am ersten Endabschnitt 630 verbunden sein und mit der Masse 620 am zweiten Endabschnitt 632 verbunden sein. Die Verbindungselemente 626 bleiben im Wesentlichen stationär, wenn die Welle 612 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, und schwenken selektiv um den ersten Endabschnitt 630, wenn die Welle 612 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
In der Ausführungsform, wie dargestellt, ist der Positionierungsmechanismus 636 eine Torsionsfeder. Die Torsionsfeder ist um einen Drehpunkt 680 gewickelt, der am ersten Endabschnitt 630 des Verbindungselements 626 angeordnet ist. Der Positionierungsmechanismus 636 übt eine Torsionskraft F6 am Drehpunkt 680 aus, so dass das Verbindungselement 626 in der vorbestimmten Position P6 bleibt, was die Masse 620 in der vorbestimmten Position P6 befestigt. Wenn die Welle 612 über die vorbestimmte Drehzahl beschleunigt, überwindet eine durch die Masse 620 erfahrene Beschleunigungskraft AF6 die Torsionskraft F6 vom Positionierungsmechanismus 636, was ermöglicht, dass sich die Masse 620 entlang des Weges 650 bewegt.
In noch einer weiteren Ausführungsform eines Schwingungsdämpfersystems 710, wie in 11 dargestellt, umfasst das Schwingungsdämpfersystem 710 eine Welle 712 und drei Schwingungsdämpfer 714. Jeder Schwingungsdämpfer 714 umfasst eine Masse 720, die mit der Welle 712 verbunden ist. In der Ausführungsform, wie gezeigt, ist die Masse 720 mit der Welle 712 durch mehrere Verbindungselemente 726 verbunden, wobei jedes der Verbindungselemente 726 einen ersten Endabschnitt 730 und einen zweiten Endabschnitt 732 umfasst. Die Verbindungselemente 726 können mit der Welle 712 am ersten Endabschnitt 730 verbunden sein und mit der Masse 720 am zweiten Endabschnitt 732 verbunden sein. Die Verbindungselemente 726 können selektiv um den ersten Endabschnitt 730 geschwenkt werden, wenn die Welle 712 oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, und die entsprechende Masse 720 bewegt sich über einen Weg 750 relativ zur Drehachse A-A der Welle 712.
Ein Positionierungsmechanismus 736 orientiert die Massen 720 in einer vorbestimmten Position P7. Der Positionierungsmechanismus 736 umfasst einen ersten Endabschnitt 782 und einen zweiten Endabschnitt 784, wobei der erste Endabschnitt 782 mit der Welle 712 verbindet und der zweite Endabschnitt 784 mit einer der Massen 720 verbindet. In der Ausführungsform, wie dargestellt, ist der Positionierungsmechanismus 736 eine Blattfeder. Die Blattfeder ist entlang einer Achse L-L vorbelastet und übt eine Kraft F7 auf die Achse L-L aus, um einer Beschleunigungskraft AF7 entgegenzuwirken, die durch die Masse 720 erfahren wird. Insbesondere wenn die Welle 712 unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, überwindet die Kraft F7 vom Positionierungsmechanismus 736 die Beschleunigungskraft AF7, die durch die Masse 720 erfahren wird, und die Masse 720 wird in der vorbestimmten Position P7 orientiert. Wenn die Welle 712 über die vorbestimmte Drehzahl beschleunigt, überwindet die durch die Masse 720 erfahrene Beschleunigungskraft AF7 die Kraft F7, die vom Positionierungsmechanismus 736 ausgeübt wird, und die entsprechende Masse 720 kann sich entlang des Weges 750 bewegen.
Die Beschreibung der Erfindung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, wobei Veränderungen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen sollen. Solche Veränderungen sollen nicht als Abweichung vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung betrachtet werden.

Claims

System zum Dämpfen einer Schwingung in einem Drehelement, das eine vorbestimmte Drehzahl aufweist, wobei das System umfasst: eine selektiv bewegliche Masse in Verbindung mit dem Drehelement, die eine vorbestimmte Position aufweist; und einen Positionierungsmechanismus, der zumindest dann eine Kraft auf die Masse ausübt, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet, wobei die durch den Positionierungsmechanismus ausgeübte Kraft die Masse in der vorbestimmten Position orientiert, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
System nach Anspruch 1, das ferner eine zweite selektiv bewegliche Masse mit einer zweiten vorbestimmten Position umfasst, wobei die vorbestimmte Position und die zweite vorbestimmte Position etwa gleich sind, wenn sie von einer Drehachse des Drehelements gemessen werden.
System nach Anspruch 1, wobei die Masse eine Beschleunigungskraft erfährt, wenn das Drehelement über die vorbestimmte Drehzahl beschleunigt, und wobei die Beschleunigungskraft die Masse aus der vorbestimmten Position drängt.
System nach Anspruch 1, wobei die vom Positionierungsmechanismus ausgeübte Kraft von der Masse entfernt wird, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
System nach Anspruch 1, wobei der Positionierungsmechanismus eine Positionierungsmasse und einen Vorbelastungsmechanismus umfasst, der mit dem Drehelement an einem Ende und mit der Positionierungsmasse an einem anderen Ende verbunden ist, wobei die Positionierungsmasse eine Zentrifugalkraft erfährt, die den Vorbelastungsmechanismus zusammendrückt, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
System nach Anspruch 5, wobei der Vorbelastungsmechanismus eine Feder ist und wobei die Positionierungsmasse die Masse berührt und die Kraft ausübt, wenn das Drehelement unterhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
System nach Anspruch 5, wobei der Positionierungsmechanismus ferner einen Hebel und ein Kontaktelement umfasst, wobei die Positionierungsmasse an einem ersten Ende des Hebels angeordnet ist und der Vorbelastungsmechanismus an einem zweiten Ende des Hebels angeordnet ist, und das Kontaktelement mit dem Hebel verbunden ist und die Masse selektiv berührt und die Kraft ausübt, wenn sich der Hebel um einen Drehpunkt dreht.
System nach Anspruch 7, wobei der Hebel in derselben Ebene wie eine Drehachse des Drehelements angeordnet ist und wobei der Drehpunkt so positioniert ist, dass er zur Drehachse im Wesentlichen senkrecht ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Masse im Wesentlichen rollenförmig ist und das Drehelement eine entsprechende Aussparung innerhalb der Welle zum Aufnehmen der Masse umfasst und wobei die Masse aus der vorbestimmten Position gedrängt wird und sich innerhalb der Aussparung bewegt, wenn das Drehelement oberhalb der vorbestimmten Drehzahl arbeitet.
System nach Anspruch 1, wobei die Masse mit der Drehwelle durch mindestens ein Schwenkelement mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt verbunden ist, wobei das Schwenkelement mit dem Drehelement an einem ersten Endabschnitt verbunden ist und mit der Masse an dem zweiten Endabschnitt verbunden ist.