DE102011082188B4 - Drehschwingungstilger - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Drehschwingungstilger mit einem Fliehkraftpendel.
- Stand der Technik
- Ein Drehschwingungstilger mit Fliehkraftpendel ist in seiner Wirkungsweise insbesondere aus dem Einsatz in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen bekannt, wie beispielsweise der
DE 10 2004 011 830 A1 ,DE 10 2009 042 812 A1 undDE 198 31 154 A1 zu entnehmen ist. Hier sind Pendelmassen begrenzt verschwenkbar an einem Pendelflansch angeordnet, der von einer mit Drehschwingungen behafteten Antriebseinheit, etwa einer Brennkraftmaschine, angetrieben wird. Infolge der durch unterschiedliche Drehbeschleunigung des Pendelflanschs bewirkten Pendelbewegung der Pendelmassen gegenüber dem Pendelflansch tritt ein Tilgungseffekt der Drehschwingungen ein. - Die Pendelmassen sind üblicherweise bifilar am Pendelflansch aufgehängt, wobei Kulissenführungen dazu dienen, die Bewegung der Pendelmasse gegenüber dem Pendelflansch einzuschränken. Der Bewegungsspielraum jeder Pendelmasse ist so groß, dass benachbarte Pendelmassen miteinander kollidieren können, wenn beispielsweise ein Lastwechsel am Drehschwingungstilger erfolgt oder der Drehschwingungstilger mit einer sehr niedrigen Drehzahl betrieben wird. Miteinander kollidierende Pendelmassen erzeugen ein Geräusch, das als Getrieberasseln unangenehm wahrgenommen werden kann. Außerdem kann durch die Kollisionen ein Verschleiß der Pendelmassen und/oder des Pendelflanschs erhöht sein.
- Es ist daher bekannt, Dämpfungselemente an den Enden der Pendelmassen vorzusehen, so dass die Pendelmassen bei einer Kollision miteinander abgefedert werden. Derartige Dämpfungselemente sind üblicherweise als Gummipuffer ausgeführt. Gummipuffer sind relativ kostenintensiv in der Herstellung, können bei Überbeanspruchung reißen, mit der Zeit verspröden oder sich abplatten und in der Wirkung nachlassen.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Drehschwingungstilger mit Fliehkraftpendel anzugeben, der dazu eingerichtet ist, Kollisionen zwischen Pendelmassen verbessert abzufedern.
- Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Drehschwingungstilger mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wider.
- Offenbahrung der Erfindung
- Ein erfindungsgemäßer Drehschwingungstilger umfasst einen drehbaren Pendelflansch, eine erste und eine zweite Pendelmasse, die jeweils am Pendelflansch in der Drehebene beweglich angebracht sind, und ein an der ersten Pendelmasse angebrachtes elastisches Element zur Abfederung der Pendelmassen bei einer Kollision miteinander. Dabei begrenzt das elastische Element zwischen den Pendelmassen einen Hohlraum zur Aufnahme eines umgebenden Fluids und umfasst ein Auslasselement zum kontrollierten Entlassen von Fluid aus dem Hohlraum, wenn der Hohlraum zwischen den Pendelmassen komprimiert wird.
- Durch Fluid, das durch das Auslasselement strömt, kann ein Dämpfungseffekt auf die Pendelmassen hervorgerufen sein. Das elastische Element kann auf diese Weise sowohl elastische als auch dämpfende Eigenschaften haben, so dass beide Pendelmassen effizient gegeneinander abgefedert werden können. Insbesondere kann der Dämpfungseffekt geschwindigkeitsabhängig sein, so dass die Kollision der Pendelmassen stark gedämpft wird, wenn die Pendelmassen heftig miteinander kollidieren, und nur schwach gedämpft, wenn die Pendelmassen nur eine geringe relative Geschwindigkeit haben. Durch die Dämpfung kann eine hohe Gegenkraft des elastischen Elements bei starker Verformung ergänzt werden. Eine insgesamte Kraft-Weg-Kennlinie des elastischen Elements kann gezielt steuerbar sein. Je nach Ausführung des elastischen Elements kann eine Rückfederung, welche die Pendelmassen nach erfolgter Kollision wieder auseinandertreibt, stark gemindert oder vollständig beseitigt sein. Ein mehrfaches Kollidieren voneinander abprallender Pendelmassen kann so verhintert werden.
- Das elastische Element kann eine über ein Ende der ersten Pendelmasse geführte Kappe umfassen, so dass der Hohlraum durch Aufschieben der Kappe auf die Pendelmasse komprimierbar ist. Das elastische Element kann so einfach und robust ausgeführt sein.
- Alternativ dazu kann das elastische Element aus einem elastischen Material gefertigt sein und den Hohlraum allseits begrenzen. Eine Funktion des elastischen Elements kann so weitgehend unabhängig von der Form und der Funktion der Pendelmassen gemacht sein. Das elastische Element kann so an unterschiedlichen Pendelmassen einsetzbar sein.
- In noch einer anderen Ausführungsform ist das elastische Element aus einem elastischen Material gefertigt und begrenzt eine Vertiefung, die durch ein Ende der zweiten Pendelmasse zum Hohlraum abschließbar ist, wenn die zweite Pendelmasse am elastischen Element anliegt. Das elastische Element kann so nach Art eines Saugnapfes nach der Kollision an der zweiten Pendelmasse anhaften, so dass die Rückfederung der Pendelmassen stark verringert oder verhindert sein kann. Wird die zweite Pendelmasse vom elastischen Element entfernt, etwa durch eine auf die Pendelmassen wirkende Fliehkraft, so kann die Vertiefung rasch mit einem umgebenden Fluid gefüllt werden, so dass das elastische Element schnell zur Abfederung einer weiteren Kollision der Pendelmassen bereit sein kann.
- In dieser Ausführungsform kann eine der zweiten Pendelmasse gegenüberliegende Begrenzung des Hohlraums durch ein Ende der ersten Pendelmasse gebildet sein. Das Material des elastischen Elements kann in Form einer umlaufenden Wulst ausgebildet sein, so dass eine einfache und robuste Herstellung des elastischen Elements erzielt werden kann.
- In einer alternativen Ausführungsform umfasst das elastische Element einen der ersten Pendelmasse zugewanden Bodenabschnitt, der eine der zweiten Pendelmasse gegenüberliegende Begrenzung des Hohlraumes bildet. Der Bodenabschnitt aus elastischem Material kann als zusätzliches federndes Element verwendet werden, um die Federeigenschaften des elastischen Elements zu verstärken.
- In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fluid ein Öl. Der Drehschwingungstilger kann so vorteilhaft in einem Gehäuse mit einer hydrostatischen Turbine verwendet werden. Das Öl kann bessere Dämpfungseigenschaften ein als Fluid verwendetes Gas aufweisen, obwohl auch ein Betrieb des Drehschwingungstilgers mit einem Gas oder einem Flüssigkeits-GasGemisch möglich ist.
- Das Auslasselement kann einen oder mehrere Kanäle, Schlitze oder Durchbrüche im elastischen Element umfassen. So können eine oder mehrere Düsen gebildet sein, deren Form und Größe ein Dämpfungsverhalten des elastischen Elements bestimmen können.
- Dabei kann das Auslasselement einen Strömungswiderstand für das Fluid aufweisen, der in Abhängigkeit einer Verformung des elastischen Elements veränderlich ist. Insbesondere kann mit zunehmender Kompression des elastischen Elements die Dämpfungswirkung erhöht oder verringert sein. Die Kraft-Weg-Kennlinie des elastischen Elements kann durch entsprechendes Ausformen des Auslasselements für unterschiedliche Kollisionsgeschwindigkeiten verschieden sein.
- Die Pendelmassen können dazu eingerichtet sein, sich in der Drehebene gegenüber dem Pendelflansch in einer kombinierten Bewegung verschieben und verdrehen zu lassen. Dies betrifft insbesondere Trapezpendel, die bifilar am Pendelflansch befestigt sein können und deren relative Ausrichtung bei einer Kollision vorteilhaft für die beschriebene Abfederung nutzbar sein kann.
- Figurenliste
- Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
-
1 einen Drehschwingungstilger; -
2 ein elastisches Element für den Drehschwingungstilger aus1 in einer schematischen Draufsicht; -
3 das elastische Element aus2 in einer seitlichen Schnittansicht; -
4 das elastische Element aus3 unter Kompression; -
5 ein elastisches Element für den Drehschwingungsdämpfer aus1 in einer anderen Ausführungsform in einer seitlichen Schnittansicht; -
6 das elastische Element aus5 unter Kompression; -
7 das elastische Element aus den5 und6 in einer Ansicht von unten; -
8 eine Draufsicht auf ein elastischen Element für den Drehschwingungstilger aus1 in einer weiteren Ausführungsform in einer Draufsicht; -
9 eine perspektivische Ansicht des elastischen Elements aus8 an einer Pendelmasse des Drehschwingungstilgers aus1 -
10 eine Schnittansicht einer Abwandlung des elastischen Elements aus8 ; - Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
1 zeigt einen Drehschwingungstilger100 . Der Drehschwingungstilger100 umfasst einen Pendelflansch105 , an dem vier Pendelmassen110 in der Drehebene verschiebbar befestigt sind. Die Pendelmassen110 liegen auf einem Umfang des Pendelflanschs105 in Nachbarschaft zueinander. Jede Pendelmasse110 ist mittels zweier Kulissenführungen115 am Pendelflansch110 befestigt. Je nach Ausführung der Kulissenführungen115 können die Pendelmassen110 in unterschiedlichen Ausführungsformen dazu eingerichtet sein, eine vorbestimmte Bewegung gegenüber dem Pendelflansch105 durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Pendelmassen110 nach Art von Trapezpendeln geführt, so dass jede Pendelmasse110 entlang eines Umfangs des Pendelflanschs110 verschiebbar ist, wobei die Pendelmasse110 gleichzeitig um ihren eigenen Schwerpunkt in der Drehebene des Pendelflanschs105 gedreht wird. - Jede Pendelmasse
110 trägt an wenigstens einem Ende, das einer benachbarten Pendelmasse110 zugewandt ist, ein elastisches Element120 . Das elastische Element120 ist dazu eingerichtet, benachbarte Pendelmassen110 gegeneinander abzufedern, wenn diese miteinander kollidieren. Kollisionen können insbesondere dann erfolgen, wenn eine schnelle Änderung der Rotationsgeschwindigkeit des Pendelflanschs105 erfolgt. Der Drehschwingungstilger100 kann beispielsweise zum Abbau von Drehschwingungen an einem Kraftfahrzeug-Motor, insbesondere einem Hubkolbenmotor, eingerichtet sein. Eine rasche Änderung der Drehgeschwindigkeit des Pendelflanschs105 kann beispielsweise beim Wechsel von Gangstufen eines mit dem Drehschwingungstilger100 verbundenen Schaltgetriebes auftreten. Die Pendelmassen110 können auch miteinander kollidieren, wenn sich das Pendelflansch105 nur sehr langsam dreht, beispielsweise im Lehrlauf des Verbrennungsmotors oder wenn der Verbrennungsmotor abgestellt oder angelassen wird. -
2 zeigt das elastische Element120 aus1 in einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Draufsicht. Die in2 gezeigt Darstellung erfolgt mit Blickrichtung auf eine Stirnseite eines Endes einer Pendelmasse110 aus1 . Das elastische Element120 umfasst einen Rand205 , der einen Hohlraum210 umläuft. Der Hohlraum210 kann mit einem Öl215 gefüllt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle des Öls215 auch ein anderes Fluid verwendet werden, insbesondere Luft oder ein anderes Gas. - Links in der Darstellung von
2 ist eine Ausnehmung220 in den Rand205 eingebracht. Durch die Ausnehmung220 kann Öl215 in den Hohlraum210 ein- und ausströmen. -
3 zeigt das elastische Element120 aus2 in einer seitlichen Schnittansicht. Bezogen auf die Darstellung von1 entspricht die Darstellung von3 einer Draufsicht auf eine der Pendelmassen110 im Bereich eines ihrer Enden. In einem unteren Bereich schließt ein Bodenabschnitt225 das elastische Element120 gegenüber der Pendelmasse110 ab, an der das elastische Element120 befestigt ist. Der Bodenabschnitt225 ist einstückig mit dem Rand205 ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform entfällt der Bodenabschnitt225 und der Hohlraum210 wird an dieser Stelle durch eine der Pendelmassen begrenzt. An einer Oberseite des elastischen Elements120 ist der Hohlraum210 zunächst nicht abgeschlossen, so dass Öl215 an dieser Seite des Hohlraums210 ein- und ausströmen kann. - Der Bodenabschnitt
225 und der Rand205 sind vorzugsweise einstückig aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, gefertigt. Kollidieren benachbarte Pendelmassen110 miteinander, so liegen sie in der Darstellung von3 oberhalb und unterhalb des elastischen Elements120 . Der Hohlraum210 wird dabei oben durch ein Ende einer Pendelmasse110 abgeschlossen, so dass das Öl215 im Wesentlichen nur noch durch die Ausnehmung220 in den Hohlraum210 hinein bzw. aus diesem herausströmen kann. -
4 zeigt das elastische Element120 aus3 unter Kompression. Sowohl der Rand205 als auch der Bodenabschnitt225 sind in vertikaler Richtung komprimiert und wirken eine Federkraft auf oben und unten anliegende Pendelmassen110 aus, die die Pendelmassen110 auseinander treibt. - Beim Komprimieren des elastischen Elements
120 ist der Hohlraum210 gegenüber der Darstellung der3 verkleinert worden. Das Öl215 ist teilweise durch die Ausnehmung220 aus dem Hohlraum210 entwichen. Je nach Form und Länge der Ausnehmung220 , einer Viskosität des Öls215 und einer Kompressionsgeschwindigkeit des elastischen Elements120 zwischen den Pendelmassen110 ist ein Strömungswiderstand des Öls215 durch die Ausnehmung220 veränderlich. Der Strömungswiderstand ist proportional zu einer Dämpfung der Aufprallenergie der sich von oben und unten einander annähernden Pendelmassen110 . In der Darstellung von4 ist ein Querschnitt der Ausnehmung220 im Wesentlichen so groß wie der Querschnitt in3 ,eine Länge der Ausnehmung220 ist gegenüber dem unkomprimierten Zustand in3 jedoch angestiegen. Mit zunehmender Kompression des elastischen Elements120 kann so eine leicht erhöhte Dämpfung bewirkt sein. - In weiteren Ausführungsformen des elastischen Elements
120 der2 bis4 kann die die Ausnehmung220 auch in einer anderen Richtung in das elastische Material des Rands205 bzw. des Bogenabschnitts225 eingebracht sein. Es können auch mehrere Ausnehmungen220 vorgesehen sein, die in unterschiedliche Richtungen verlaufen können. Die Ausnehmung220 ist nicht darauf beschränkt, einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt zu haben. Vielmehr kann die Ausnehmung220 beliebig geformt sein, um ein Entlassen des Öls215 aus dem Hohlraum210 in geeigneter Weise zu erlauben. Dabei kann die Ausnehmung220 auch gekrümmt sein. In einer weiteren Ausführungsform kann in der Ausnehmung220 ein Durchflusselement in form einer Düse eingebracht sein, durch das das Öl215 strömt, wobei das Durchflusselement vorzugsweise starr ist, um einen gleichmäßigen Strömungswiderstand auch bei ansteigender Kompression des Rands215 bzw. des Bodenabschnitts225 zu gewährleisten. -
5 zeigt ein elastisches Element120 für den Drehschwingungstilger100 aus1 in einer anderen Ausführungsform in einer seitlichen Schnittansicht. Die Betrachtungsrichtung entspricht der aus3 . - Auf ein unteres Ende der Pendelmasse
110 ist eine Kappe505 von unten aufgeschoben, wobei die Kappe505 vorzugsweise aus einem rigiden Material besteht, beispielsweise einem Metall. Zwischen der Kappe505 und dem Ende der Pendelmasse110 ist der Hohlraum210 zur Aufnahme von Öl215 begrenzt. In die Kappe505 ist eine Ausnehmung220 eingebracht, um ein Ein- und Ausströmen von Öl215 aus dem Hohlraum210 zu ermöglichen. Zwischen einer unteren Stirnfläche des Endes der Pendelmasse110 und einer Innenseite der Kappe505 sind zwei Federn510 angeordnet, um die Kappe505 soweit von der Pendelmasse110 abzuheben, dass der Hohlraum210 ein vorbestimmtes Volumen aufweist. - Die Ausnehmung
220 kann in verschiedenen Weisen ausgeformt sein, wie oben mit Bezug auf4 beschrieben wurde. Insbesondere kann die Ausnehmung220 auch seitlich in die Kappe505 eingebracht sein, so dass sie beim Aufschieben der Kappe505 nach oben auf das Ende der Pendelmasse110 teilweise oder vollständig durch die Pendelmasse110 verschlossen wird. -
6 zeigt das elastische Element120 aus5 unter Kompression. Wie mit Bezug auf die3 und4 erläutert wurde, erfolgt die Kompression des elastischen Elements120 in vertikaler Richtung zwischen benachbarten Pendelmassen110 des Drehschwingungstilgers100 aus1 . Beim Komprimieren des elastischen Elements120 verringert sich das Volumen des Hohlraums210 , während Öl215 durch die Ausnehmung220 aus dem Hohlraum210 gedrückt wird. Durch den Strömungswiderstand des Öls215 entsteht eine Dämpfungswirkung, während gleichzeitig durch die Federn510 eine Kraft bewirkt wird, die die kollidierenden Pendelmassen110 nach oben und unten auseinander drückt. -
7 zeigt das elastische Element aus den5 und6 in einer Ansicht von unten. Dabei weist die Ausnehmung220 aus der Darstellungsebene in Richtung des Betrachters. -
8 zeigt eine Draufsicht auf ein elastisches Element120 für den Drehschwingungsdämpfer100 aus1 in einer weiteren Ausführungsform. Die Perspektive der Darstellung entspricht derer von2 . - Das elastische Element
120 hat die Form eines Torus und schließt in seiner Mitte den Hohlraum210 ein. Die Ausnehmung420 ist im Bereich eines Innendurchmessers des torusförmigen elastischen Elements120 eingebracht und verläuft zu einer Außenseite des elastischen Elements120 . Die Funktionsweise des in8 dargestellten elastischen Elements120 entspricht im Wesentlichen der oben mit Bezug auf2 angegebenen Weise. -
9 zeigt eine perspektivische Ansicht des elastischen Elements120 aus8 an einer Pendelmasse110 des Drehschwingungstilgers100 aus1 . Das torusförmige elastische Element120 ist so am Ende der Pendelmasse110 angebracht, dass es flach an einer Stirnseite des Endes anliegt. -
10 zeigt eine Schnittansicht der Abwandlung des elastischen Elements120 aus8 . Die Darstellung entspricht einem Schnitt, der in8 als A-A eingezeichnet ist. Dabei ist in der Ausführungsform des elastischen Elements120 von10 im Unterschied zu der in8 dargestellten Ausführungsform der Hohlraum210 in einem unteren Bereich durch einen Bodenabschnitt225 des elastischen Elements120 gebildet. Die Ausführungsformen der10 und8 verhalten sich zueinander wie die der3 und2 . - Bezugszeichenliste
-
- 100
- Drehschwingungstilger
- 105
- Pendelflansch
- 110
- Pendelmasse
- 115
- Kulissenführung
- 120
- elastisches Element
- 205
- Rand
- 210
- Hohlraum
- 215
- Öl
- 220
- Ausnehmung
- 225
- Bodenabschnitt
- 505
- Kappe
- 510
- Feder
Claims (10)
- Drehschwingungstilger (100), wobei der Drehschwingungstilger (100) folgende Elemente umfasst: - einen drehbaren Pendelflansch (105); - eine erste und eine zweite Pendelmasse (110), die jeweils am Pendelflansch (105) in der Drehebene beweglich angebracht sind; - ein an der ersten Pendelmasse (110) angebrachtes elastisches Element (120) zur Abfederung der Pendelmassen (110) bei einer Kollision miteinander, dadurch gekennzeichnet, dass - das elastische Element (120) zwischen den Pendelmassen (110) einen Hohlraum (210) zur Aufnahme eines umgebenden Fluids (215) begrenzt, - wobei das elastische Element (120) ferner ein Auslasselement (220) zum kontrollierten Entlassen von Fluid (215) aus dem Hohlraum (210) umfasst, wenn der Hohlraum (210) zwischen den Pendelmassen (110) komprimiert wird.
- Drehschwingungstilger (100) nach
Anspruch 1 , wobei das elastische Element (120) eine über ein Ende der ersten Pendelmasse (110) geführte Kappe umfasst, so dass der Hohlraum (210) durch Aufschieben der Kappe auf die Pendelmasse (110) komprimierbar ist. - Drehschwingungstilger (100) nach
Anspruch 1 , wobei das elastische Element (120) aus einem elastischen Material gefertigt ist und den Hohlraum (210) allseits begrenzt. - Drehschwingungstilger (100) nach
Anspruch 1 , wobei das elastische Element (120) aus einem elastischen Material gefertigt ist und eine Vertiefung begrenzt, die durch ein Ende der zweiten Pendelmasse (110) zum Hohlraum (210) abschließbar ist, wenn die zweite Pendelmasse (110) am elastischen Element (120) anliegt. - Drehschwingungstilger (100) nach
Anspruch 4 , wobei eine der zweiten Pendelmasse (110) gegenüberliegende Begrenzung des Hohlraums (210) durch ein Ende der ersten Pendelmasse (110) gebildet ist. - Drehschwingungstilger (100) nach
Anspruch 4 , wobei das elastische Element (120) einen der ersten Pendelmasse (110) zugewandten Bodenabschnitt (225) umfasst, der eine der zweiten Pendelmasse (110) gegenüberliegende Begrenzung des Hohlraums (210) bildet. - Drehschwingungstilger (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fluid (215) ein Öl (215) ist.
- Drehschwingungstilger (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auslasselement (220) einen oder mehrere Kanäle, Schlitze oder Durchbrüche im elastischen Element (120) umfasst.
- Drehschwingungstilger (100) nach
Anspruch 8 , wobei das Auslasselement (220) einen Strömungswiderstand für das Fluid (215) aufweist, der in Abhängigkeit einer Verformung des elastischen Elements (120) veränderlich ist. - Drehschwingungstilger (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pendelmassen (110) dazu eingerichtet sind, sich in der Drehebene gegenüber dem Pendelflansch (105) in einer kombinierten Bewegung verschieben und verdrehen zu lassen.
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