DE102011087555A1

DE102011087555A1 - Tilgervorrichtung

Info

Publication number: DE102011087555A1
Application number: DE201110087555
Authority: DE
Inventors: Eugen Kremer; Andreas Triller; Laurent Ineichen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Tilgervorrichtung mit mindestens einer Tilgermasse, die mit einer Getriebeausgangsseite eines Getriebes mit veränderbarer Übersetzung verbunden ist, dessen Getriebeeingangsseite mit einer Antriebswelle verbunden ist, wobei die Tilgermasse eine Drehmasse umfasst, die mit einem Flanschring mit mindestens einer Wälzrolle, die in Führungsöffnungen von Drehmasse und Flanschring verschiebbar gelagert ist, gekoppelt ist, wobei die auf die Wälzrolle einwirkende Fliehkraft bei einer Drehung der Getriebeausgangsseite um eine Rotationsachse ein Rückstellmoment auf die Drehmasse bei einer Auslenkung der Drehmasse gegenüber dem Flanschring bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tilgervorrichtung mit mindestens einer Tilgermasse, die mit einer Getriebeausgangsseite eines Getriebe mit veränderbarer Übersetzung verbunden ist, dessen Getriebeeingangsseite mit einer Antriebswelle verbunden ist, einen Antriebsanordnung mit einem Antriebsstrang und einer solchen Tilgervorrichtung sowie einem Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Antriebsanordnung.
Die Antriebswellen von Kraftfahrzeugen, insbesondere, wenn sie von Verbrennungsmotoren angetrieben werden, neigen zu Torsionsschwingungen, welche beispielsweise durch die zeitlich diskrete Beaufschlagung der Antriebswelle mit einem Drehmoment während der einzelnen Takte des Verbrennungsmotors oder durch Drehzahländerungen des Motors erzeugt werden. Solche Torsionsschwingungen können die Haltbarkeit der Antriebsanordnung beeinträchtigen und sich in Form von Vibrationen im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs bemerkbar machen und somit den Fahrkomfort herabsetzen.
Für die Reduzierung von Torsionsschwingungen in der Antriebsanordnung stehen prinzipiell zwei Möglichkeiten zur Verfügung, nämlich die Dämpfung, d. h. die Verringerung der Schwingungsamplitude durch Umwandlung der Schwingungsenergie in eine andere Energieform, etwa Wärme, sowie die Tilgung, d. h. die gezielte teilweise Auslöschung der Schwingungen durch einen zusätzlichen Schwinger in der Antriebsanordnung, dessen Schwingmasse gegenläufig zu den zu tilgenden Schwingungen schwingt. Im Falle der Tilgung wird die Schwingungsenergie periodisch von dem zusätzlichen Schwinger aufgenommen, dort zwischengespeichert und gegenphasig in die Antriebsanordnung rückgespeist, wodurch die zu tilgenden Schwingungen dort ganz oder teilweise eliminiert werden.
Bei einer Schwingungstilgung ist es vorteilhaft, wenn die Eigenfrequenz des zusätzlichen Schwingers mit der Anregungsfrequenz der Schwingungen übereinstimmt. Die Eigenfrequenz des Schwingers entspricht – unter Vernachlässigung der Dämpfung – seiner Resonanzfrequenz, wodurch er bei dieser Frequenz besonders große Auslenkungen ausführen und somit besonders viel Schwingungsenergie aufnehmen kann. Die Anregungsfrequenz, die zu den Schwingungen in der Antriebsanordnung führt und die sich beispielsweise aus den oben genannten Effekten im Motor und in der Antriebsanordnung ergeben, hängt von der Drehzahl ab. Daher ist es vorteilhaft, wenn auch die Eigenfrequenz des zusätzlichen Schwingers von der
Drehzahl abhängt. Typischerweise soll die Eigenfrequenz einer Ordnung der Drehzahl entsprechen, d. h. sie soll proportional zur Drehzahl steigen.
Techniken zur dynamischen Tilgung sind seit lange bekannt und in der technischen Literatur (siehe z. B. Kraftfahrtechnisches Taschenbuch Bosch, Springer-Verlag 1998) beschrieben. Durch Abstimmung der Eigenfrequenz einer zum Hauptsystem elastisch angekoppelten Tilgermasse auf die Anregungsfrequenz können die Schwingungen der Hauptmasse im reibungsfreien System vollständig getilgt werden. Dies gilt nur für eine bestimmte Frequenz, während die Anregungsfrequenzen beispielsweise in einem Fahrzeugantrieb von der Drehzahl z. B. der Kurbelwelle oder sonstiger Antriebswellen abhängen und sich dadurch in einem weiten Bereich ändern.
Im Stand der Technik sind verschiedene Ausführungen für Tilger für Torsionsschwingungen in einer Antriebsanordnung bekannt: Aus der DE 103 10 831 A1 ist beispielsweise die Verwendung eines Fliehkraftpendels in Kombination mit einem Zweimassenschwungrad bekannt, welche vorteilhaft ist, wenn es eine dominante Ordnung der Torsionsschwingungen bezüglich der Drehzahl gibt. Hier wird die Tilgermasse als ein Pendel mit einer Hauptmasse verknüpft. Da sich das Pendel im Fliehkraftfeld befindet, steigt seine Eigenfrequenz proportional zur Drehzahl. Mehrere Pendel, die nötig sind, um Unwucht zu vermeiden, sollen dabei möglichst synchron schwingen. Eine selbstbalancierende Synchronisierung kann sogar für absolut identische Pendel bei hohen Pendelmassen zur Grenze kommen. Zudem kann bei den aufgrund von Toleranzen nicht identischen Pendeln die erwartete Tilgungswirkung nicht erreicht werden. Im Stand der Technik sind auch Tilger mit einer variablen Steifigkeit bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tilger für Torsionsschwingungen in einer Antriebsanordnung zu schaffen, der eine gute Tilgung der Torsionsschwingungen gewährleistet, die auch von mehreren Anregungsfrequenzen erzeugt werden können. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verfahren zur Regelung eines Tilgers für Torsionsschwingungen anzugeben, welches eine möglichst wirkungsvolle Tilgung von Resonanzfrequenzen im An- und Auslauf bewirkt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Tilgervorrichtung mit mindestens einer Tilgermasse, die mit einer Getriebeausgangsseite eines Getriebes mit veränderbarer Übersetzung verbunden ist, dessen Getriebeeingangsseite mit einer Antriebswelle verbunden ist, wobei die Tilgermasse eine Drehmasse umfasst, die mit einem Flanschring mit mindestens einer Wälzrolle, die in Führungsöffnungen von Drehmasse und Flanschring verschiebbar gelagert ist, gekoppelt ist, wobei die auf die Wälzrolle einwirkende Fliehkraft bei einer Drehung der Getriebeausgangsseite um eine Rotationsachse ein Rückstellmoment auf die Drehmasse bei einer Auslenkung der Drehmasse gegenüber dem Flanschring bewirkt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Führungsöffnungen von Flanschring und Drehmasse jeweils bogenförmig verlaufen. Unter bogenförmig wird jede Art eines gekrümmten Verlaufs verstanden. Die Drehmasse hat die Funktion einer Tilgermasse. Die Wälzrolle bewirkt bei Rotation der gesamten Vorrichtung und einer Relativverdrehung der Drehmasse gegenüber dem Schwungrad eine Rückstellkraft. Der Verlauf der Rückstellkraft über den relativen Verdrehwinkel kann durch den Verlauf der Führungsöffnungen, insbesondere deren Neigung relativ zu einer Kreistangente und deren Krümmung, beeinflusst werden. So lassen sich lineare, progressive oder degressive Kennlinien verwirklichen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Drehmasse zweiteilig ist und eine erste und eine zweite Drehmassenscheibe umfasst, die mit Abstandhaltern miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ragen Abstandshalter durch Fenster des Schwungrades, wobei die Fenster kreisbogenförmig, vorzugsweise kreisbogenförmig in Umfangsrichtung, ausgebildet sind. Die Abstandshalter verbinden die Drehmassenscheiben fest und lösbar miteinander.
Die Drehmassenscheiben sind mit den Abstandshaltern vorzugsweise verschraubt. Dadurch kann die Drehmasse leicht montiert und demontiert werden. Alternativ sind auch Niet- oder Pressverbindungen möglich.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Fenster und die Abstandhalter radial weiter innen als die Führungsöffnungen angeordnet sind. Dadurch können die Wälzrollen möglichst weit außen angeordnet werden, wodurch die auf die Wälzrollen einwirkende Fliehkraft vergrößert wird.
Die Führungsöffnungen des Schwungrades und die Führungsöffnungen der Drehmasse weisen vorzugsweise eine gegensinnige Neigung auf. Es handelt sich also um eine Vorrichtung zur Tilgung der Torsionsschwingungen, insbesondere für einen Triebstrang mit einem Verbrennungsmotor, umfassend zumindest ein von einem schwankenden Moment des Verbrennungsmotors beanspruchtes Primärschwungrad (das Schwungrad) und ein Sekundärschwungrad (die Drehmasse), die koaxial zueinander angeordnet sind, in Umfangsrichtung relativ zueinander verdrehbar sind und über Mittel zur Drehmomentübertragung miteinander gekoppelt sind, wobei als das Mittel zur Drehmomentübertragung mindestens drei massive Wälzrollen dienen, die einerseits das Primärschwungrad, anderseits das Sekundärschwungrad den entsprechenden Nuten entlang abrollen. Die Nuten sind sowohl auf dem Primärschwungrad als auch auf dem Sekundärschwungrad in Umfangsrichtung gekrümmt. Die Krümmung der Nuten und das Massenverhältnis zwischen Primärmasse, Sekundärmasse und den Wälzrollen sind so ausgewählt, dass die Eigenfrequenz des Tilgers einer bestimmten Motorordnung entspricht. Die Form der gekrümmten Nuten ist so ausgelegt, dass der Tilger ein linearer Tilger ist, sodass die Frequenz nicht von der Amplitude abhängt.
Die Dicke der Führungsöffnungen des Schwungrades ist bevorzugt größer als die Dicke der Führungsöffnungen der Drehmasse. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wälzrolle eine mittlere Wälzrolle umfasst, die in Kontakt mit einer Oberfläche der Führungsöffnung des Schwungrades ist und beiderseits der mittleren Wälzrolle äußere Wälzrollen umfasst, die in Kontakt mit einer Oberfläche der Führungsöffnung der Drehmasse ist. Dadurch kann auf eine axiale Sicherung oder zusätzliche Führung der Wälzrolle verzichtet werden.
Die erste und zweite Drehmassenscheibe sind bevorzugt identische Bauteile. Dies reduziert den Fertigungsaufwand und verhindert eine fehlerhafte Montage durch Verwechslung ähnlicher Bauteile.
Die Abstandshalter weisen vorzugsweise Anschlagdämpfungsmittel auf. Diese verhindern ein Anschlagen metallischer Teile von Schwungrad und Drehmasse gegeneinander und verringern so die Geräuschentwicklung sowie den Verschleiß.
In eine Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Getriebe ein Wälzplanetengetriebe aufweist, wobei das Wälzplanetengetriebe Planeten aufweist, welche auf Planetenschaften gelagert sind, wobei wenigstens ein Planetenschaft kippbar ist. Durch diese Gestaltung des Getriebes kann die veränderliche Übersetzung leicht erreicht werden.
In eine Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kippen eines Planetenschaftes durch das Verschieben mindestens eines Teils des Planetenschaftes in einer Nut in einem Steuerrad, insbesondere einem Steuerzahnrad, erfolgt. Das Kippen des Planetenschaftes kann so durch einen elektrischen Antrieb, der mit einer Verzahnung des Steuerrades kämmt, betätigbar ausgeführt sein.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch eine Antriebsanordnung mit einem Antriebsstrang und einer erfindungsgemäßen Tilgervorrichtung, umfassend einen Regler, einen Aktor zur Steuerung der Übersetzung des Getriebes der Tilgervorrichtung und eine Einrichtung zur Messung der Drehzahl der Antriebswelle und/oder einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors im Antriebsstrang.
Diese Aufgabe wird ebenso gelöst durch eine Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, umfassend die Schritte

– Ermittlung der Drehfrequenz der Antriebswelle
– Bestimmung von benachbarten Resonanzfrequenzen
– Abstimmung der Eigenfrequenz der Tilgervorrichtung auf die nächste Resonanzfrequenz.

In eine Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Übersetzung des Getriebes in Abhängigkeit einer Motordrehzahl so gesteuert wird, dass die Eigenfrequenz der Tilgervorrichtung der Motordrehzahlordnung entspricht, die die größten Schwingungen verursachen würde. Die Steuerung der Übersetzung des Getriebes erfolgt somit so, dass eine möglichst wirkungsvolle Unterdrückung von Resonanzschwingungen erfolgt. Dazu kann eine Kennlinie abhängig von Parametern wie Drehzahl, Last, Fahrgeschwindigkeit und so weiter in einem Steuergerät abgelegt sein. Abhängig von den Parametern wird durch das Steuergerät die Übersetzung des Getriebes gesteuert.
In eine Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerung in Form einer Umschaltung der Übersetzung zwischen zwei Werten bei einer vorgegebenen Drehzahl erfolgt. Statt einer kontinuierlichen Änderung der Übersetzung erfolgt eine schrittweise Änderung, vorzugsweise von einem Ausgangswert möglichst rasch zu einem Zielwert.
In eine Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umschaltung mit einem Feedback-Regler erfolgt.
In eine Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umschaltung mit dem Feedback-Regler so erfolgt, dass die Abweichung von einer erzwungenen Bewegung des Tilgers minimiert wird.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Tilgervorrichtung,
3 einen Schnitt durch einen Fliehkrafttilger der Tilgervorrichtung,
4 einen Schnitt durch die Tilgervorrichtung der 1 ohne den Fliehkrafttilger,
5 einen Querschnitt durch das Wälzplanetengetriebe der Tilgervorrichtung nach 1,
6 ein Steuerzahnrad zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Wälzplanetengetriebes in dem Tilger aus 1,
7 einen Querschnitt durch das Steuerzahnrad aus 5 und dessen Lagerung,
8 ein Diagramm zur erfindungsgemäßen Steuerung,
9 Diagramme Relativwinkel und Übersetzung über der Zeit.
In der schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in 1 wird die Übertragungsvorrichtung zum Übertragen von Drehmomenten durch die Antriebswelle 10 gebildet, wobei durch die Darstellung der Antriebswelle 10 als Spiralfeder angedeutet wird, dass diese zu Torsionsschwingungen neigt. Die erfindungsgemäße Tilgungseinrichtung zum Tilgen von Torsionsschwingungen wird durch die Hauptmasse 1 und die Tilgermasse 2, welche durch eine Getriebeeinrichtung gekoppelt sind (angedeutet durch den schräg nach rechts oben verlaufenden Pfeil zwischen der Hauptmasse 1 und der Tilgermasse 2), sowie das Tensometer 3 zur Messung des motorseitigen Eingangsdrehmoments der Hauptmasse, das Tachometer 4 zur Messung der Drehzahl der Hauptmasse und den Regler 5 zur Bestimmung des Soll-Übersetzungsverhältnisses der Getriebeeinrichtung gebildet. Die Tilgermasse 2 ist gekoppelt mit einer Pendelmasse 2a. Die Pendelmasse 2a kann nach Art eines Pendels um einen bestimmten Betrag gegenüber der Tilgermasse 2 bewegt werden. Das erfindungsgemäße Tilgungselement wird durch die Hauptmasse 1 und die mit der Hauptmasse 1 durch eine Getriebeeinrichtung gekoppelte Tilgermasse 2 und die damit verbundene Pendelmasse 2a sowie durch weitere, in 1 nicht dargestellte mechanische Komponenten gebildet. Das von dem Tensometer 3 fortlaufend gemessene Drehmoment M sowie die von dem Tachometer 4 fortlaufend gemessene Drehzahl Ω werden kontinuierlich an den Regler 5 weitergeleitet. Der Regler 5 berechnet aus den beiden genannten Größen das Soll-Übersetzungsverhältnis i für die Getriebeeinrichtung und gibt dieses an einen Aktor weiter (in 1 nicht dargestellt), der das Übersetzungsverhältnis i an der Getriebeeinrichtung einstellt. Die Berechnung des Soll-Übersetzungsverhältnisses i durch den Regler 5 geschieht dabei in Echtzeit, d. h. dass die Dauer der Berechnung selbst vernachlässigbar ist. Das Soll-Übersetzungsverhältnis i durch den Regler 5 wird durch folgende Formel bestimmt:
Hierbei bezeichnet ein frei gewähltes durchschnittliches Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinrichtung, beispielsweise i0 = 1. Die Berechnung des Soll-Übersetzungsverhältnisses i lässt sich als Berechnung einer Abweichung von der durchschnittlichen Übersetzung i0 auffassen, wobei das Korrekturglied durch das Integral unter der Wurzel mit dem Faktor 2 gegeben ist, denn falls das Integral den Wert 0 hat, gilt i = i0. Die Werte des zeitabhängigen Drehmoments M = M(t) werden von dem Regler 5 jeweils für ein gleitendes Zeitfenster konstanter Länge gespeichert und über dieses Zeitfenster gemittelt. Dieser Mittelwert wird mit M bezeichnet. Bei der Berechnung des Soll-Übersetzungsverhältnisses i zu einem Zeitpunkt t0 wird dann der Mittelwert verwendet, der zu dem Zeitfenster gehört, das im Zeitpunkt t0 endet. Auch die Grenzen des bestimmten Integrals unter der Wurzel entsprechen dem Anfang und dem Ende des genannten Zeitfensters. Weiterhin bezeichnet J2 das Massenträgheitsmoment der Tilgermasse 2.
2 zeigt eine Tilgervorrichtung 300 in einer räumlichen Darstellung im Schnitt. Die Tilgervorrichtung 300 umfasst eine Getriebeanordnung 310, die nachfolgend anhand der 4 näher beschrieben wird, sowie einen Fliehkrafttilger 320, der nachfolgend anhand der 3 beschrieben wird. Die Getriebeanordnung 310 und der Fliehkrafttilger 320 sind an einer Antriebswelle 10 befestigt.
3 zeigt den Fliehkrafttilger 320 in einer räumlichen Darstellung im Schnitt. Der Fliehkrafttilger 320 umfasst eine Drehmasse 330, die aus einer ersten Drehmassenscheibe 340 und einer zweiten Drehmassenscheibe 350 besteht, die mittels Abstandhaltern axial bezüglich der Drehachse R der Antriebswelle 10 beabstandet und fest miteinander verbunden sind. Die Drehmassenscheiben 340 und 350 werden mittels Schrauben fest mit den Abstandhaltern verschraubt. Die Drehmassenscheiben 340 und 350 weisen jeweils über den Umfang verteilt Führungsöffnungen 360 auf, die so angeordnet sind, dass sie im verbundenen Zustand der beiden Drehmassenscheiben 340, 350 jeweils deckungsgleich übereinander liegen. Die Drehmassenscheiben 340, 350 weisen jeweils eine Kreisöffnung 370 auf, welche das nachfolgend anhand der 4 dargestellte Hohlrad 80 des Wälzplanetengetriebes umschließen. Zwischen den Drehmassenscheiben 340, 350 ist ein Flanschring 380 angeordnet. Der Flanschring 380 ist fest mit dem anhand der 4 dargestellten Hohlrad 80 des Wälzplanetengetriebes verbunden. Der Flanschring 380 weist ebenfalls Führungsöffnungen auf, diese sind in der Darstellung der 3 nicht zu erkennen. In den Führungsöffnungen 360 der Drehmassenscheiben 340, 350 und den Führungsöffnungen des Flanschringes 380 sind jeweils Wälzrollen 390 angeordnet. Die Wälzrollen 390 umfassen eine mittlere Wälzrolle 400 sowie zwei beiderseits dieser und mit dieser jeweils konzentrisch angeordnete äußere Wälzrollen 410. Die mittlere Wälzrolle 400 hat einen größeren Durchmesser als die äußeren Wälzrollen 410. Die Wälzrollen können jeweils in den Führungsöffnungen der Drehmassenscheiben bzw. des Flanschringes abrollen und/oder gleiten, wobei eine Relativverdrehung der Drehmassenscheiben 340, 350 gegenüber dem Flanschring 380 erfolgt. Sowohl die Führungsöffnungen 360 der Drehmassenscheiben 340, 350 als auch die Führungsöffnungen des Flanschringes 380 sind dabei derart gebogen, dass die Wälzrollen 390 bei einer Relativverdrehung der Drehmassenscheiben 340, 350 gegenüber dem Flanschring 380 auch eine Bewegung in radialer Richtung, diese ist in 3 durch einen Doppelpfeil RA verdeutlicht, ausführen. Die Drehmassenscheiben 340, 350 sind dadurch drehzahlabhängig mit dem Flanschring 380 kraftgekoppelt, die Drehzahlabhängigkeit rührt von der auf die Wälzrollen 390 ausgeübten Fliehkraft her.
4 zeigt die Tilgervorrichtung nach 2 ohne den Fliehkrafttilger. Anhand der 4 wird die Getriebeanordnung des Schwingungstilgers und deren Funktion erläutert. In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tilgervorrichtung ist die Antriebswelle 10 mit dem Hohlrad 30 eines Zahnradplanetengetriebes über das Verbundblech 20 fest verbunden, wobei diese Verbindung fest oder elastisch sein kann. Der Planetenträger 40 des Zahnradplanetengetriebes ist mit dem Gehäuse der Antriebsanordnung (in der 4 nicht dargestellt), welches beispielsweise ein Teil der Fahrzeugkarosserie bildet, fest verbunden und bewegt sich somit relativ zu der gesamten Antriebsanordnung nicht. Das Drehmoment der Antriebswelle 10 wird zunächst durch das Zahnradplanetengetriebe über das Sonnenrad 50 des Zahnradplanetengetriebes zu den mit diesem fest verbundenen ersten Sonnenrad 60 eines Wälzplanetengetriebes übertragen. Sowohl das Zahnradplanetengetriebe als auch das Wälzplanetengetriebe sind auf der Antriebswelle 10 durch die beiden Nadellager 140 gelagert. Das in 4 und im Detail auch in 5 gezeigte Wälzplanetengetriebe wird auch in der DE 10 2008 058 074 A1 ausführlich beschrieben.
Das Drehmoment wird dann vom ersten Sonnenrad 60 über die Planeten 70 auf das Hohlrad 80 des Wälzplanetengetriebes übertragen. Die Planeten 70 haben die Form von Rollen mit kugelkappenförmigen Seitenflächen und dazwischen liegenden umlaufenden Einschnürungen, welche im Querschnitt aus jeweils zwei Kreisbogenabschnitten bestehen. Mit diesen Einschnürungen sind die Planeten 70 mit der Innenseite des Hohlrades 80 im Eingriff, wobei das Hohlrad 80 die Form der inneren Hälfte eines aufgeschnittenen Torus besitzt.
Die Planeten 70 sind auf Planetenschaften 130 kugelgelagert. Die Planetenschafte 130 sind auf beiden Seiten außerhalb der Planeten 70 jeweils in radial verlaufenden Langlöchern im Planetenträger 90 gelagert. Die Enden der Planetenschafte 130 können sich somit radial bewegen und damit auch gegenüber der Drehachse der Antriebswelle 10 gekippt werden, wobei die Planeten stets mit dem ersten und zweiten Sonnenrad 60 bzw. 100 wie auch mit dem Hohlrad 80 des Wälzplanetengetriebes im Eingriff bleiben.
Das zweite Sonnenrad 100 ist dabei über das Kegellager 160 und die Mutter 150 vorgespannt, so dass die Planeten 70 stets gegen die Innenseite des Hohlrades 80 gepresst werden. Ändert sich nun durch das Kippen eines Planetenschaftes 130 die relative Lage des zugehörigen Planeten 70 zum Hohlrad 80, so ändert sich auch der für den Abrollvorgang zwischen diesen beiden Teilen wirksame Radius des Hohlrades 80, wodurch sich ebenfalls das Übersetzungsverhältnis des Wälzplanetengetriebes ändert. Je weiter der Planetenschaft 130 gegenüber der Drehachse der Antriebswelle 10 gekippt wird, desto weiter bewegt sich der Planet 70 unter dem Hohlrad 80 hervor nach außen und desto größer wird auch der wirksame Radius für den Eingriff der beiden Teile und damit das Übersetzungsverhältnis des Wälzplanetengetriebes. Auch der Planetenträger 90 des Wälzplanetengetriebes ist mit dem Gehäuse der Antriebsanordnung verbunden und bewegt sich daher relativ zu der gesamten Antriebsanordnung nicht.
In der Detaildarstellung in 5 ist weiterhin zu sehen, dass die Verlängerung eines Planetenschaftes 130 am linken Ende in einer Steuernut 200 in dem Steuerzahnrad 110 verläuft.
Die Seitenansicht des Steuerzahnrades 110 in 6 zeigt, dass die Steuernuten 200 die Form von gebogenen, radial nach außen verlaufenden Langlöchern haben. Wird nun das Steuerzahnrad 110 durch ein mit seiner Verzahnung im Eingriff stehendes weiteres Zahnrad (in den Figuren nicht dargestellt) in Drehung versetzt, so verschieben sich die in den Steuernuten 200 gelagerten Enden der Planetenschafte 130 radial nach innen oder nach außen. Dadurch lässt sich die gewünschte Kippung der Planetenschafte 130 und auf diese Weise das Übersetzungsverhältnis des Wälzplanetengetriebes stufenlos einstellen. Das Steuerzahnrad 110 ist, wie in 7 vergrößert dargestellt ist, durch zwei Gleitringe 120, die wiederum mit dem Gehäuse der Antriebsanordnung fest verbunden sind, gelagert. Durch die Verdrehung des Steuerzahnrades 110 ändert sich somit das Übersetzungsverhältnis der gesamten Getriebeanordnung und damit auch das Tilgungsmoment des Tilgers.
Die Getriebeanordnung 310 umfasst somit einen Variator, sprich ein Getriebe mit variabler Übersetzung, welches eine Übersetzung der Drehzahl der Antriebswelle 10 hin zu hohen Drehzahlen ermöglicht, sodass die Tilgervorrichtung 300 eine höhere Drehzahl erreicht als die Antriebswelle 10. Durch die variable Übersetzung der Getriebeanordnung 310 ist die effektive Masse der Tilgermasse 2 in 1, diese entspricht der Masse der Drehmassenscheiben 340 und 350 sowie Teilen der Wälzrollen 390, veränderbar.
Die Steuerung der Übersetzung der Getriebeanordnung 310 wird nach einer Drehzahlmessung der Antriebswelle 10 so bestimmt, dass in der Nähe von Resonanzen des Triebstranges eines Kraftfahrzeugs, in dem die Tilgervorrichtung 300 angeordnet ist, die entsprechende Ordnung der Resonanzfrequenz unterdrückt wird. 8 zeigt eine Skizze zur Durchführung des Verfahrens. Über der Ordinate in 8 ist die Winkelgeschwindigkeit Ω_W einer für den Betriebszustand charakteristischen Welle, dies kann beispielsweise die Kurbelwelle sein oder die Antriebswelle 10, die mit oder ohne Untersetzung mit der Kurbelwelle verbunden ist. Auf der Abszisse ist jeweils die Anregungsfrequenz Ω_R für Torsionsschwingungen angegeben. Die Geraden K = 2 und K = 4 bezeichnen jeweils Oberschwingungen der Grundfrequenz, die Zahl gibt jeweils die Harmonische an, K = 2 ist also die Oberschwingung mit der zweifachen Grundfrequenz und K = 4 die Oberschwingung mit der vierfache Grundfrequenz. Eine nicht dargestellte Gerade K = 1 würde die Grundschwingung, sprich die Anregung mit der Wellendrehzahl der Kurbelwelle bzw. der Antriebswelle 10, bezeichnen. Als Parallele zur Ordinate sind in 8 zwei Resonanzfrequenzen λ₁ und λ₂ eingezeichnet. Ist die jeweilige Resonanzfrequenz λ₁ bzw. λ₂ ein Vielfaches der Wellendrehzahl bzw. Kurbelwellendrehzahl Ω_W, die über die Ordinate aufgetragen ist, so wird diese Resonanzfrequenz angeregt. In der Darstellung der 8 bedeutet dies, dass die jeweilige Resonanzfrequenz λ₁ bzw. λ₂ angeregt wird, wenn die Gerade K = 2 bzw. K = 4 die jeweilige Gerade λ₁ bzw. λ₂ schneidet. Dies ist bei den Winkelgeschwindigkeiten Ω₁, Ω₂, Ω₃ sowie Ω₄ der Fall. Bei der erfindungsgemäßen Steuerung bzw. Regelung des Übersetzungsverhältnisses der Tilgervorrichtung 300 wird das Übersetzungsverhältnis nun jeweils zwischen zwei benachbarten Anregungsfrequenzen Ω₁, Ω₂, Ω₃ und Ω₄ umgeschaltet, dies ist in 8 mit Ω⁽¹⁾, Ω⁽²⁾ sowie Ω⁽³⁾ bezeichnet. Bei den Drehzahlen Ω⁽¹⁾, Ω⁽²⁾ und Ω⁽³⁾ erfolgt jeweils eine Umschaltung der Tilgerordnung zwischen 2 und 4. Die Umschaltung erfolgt mit einem Feedback-Regler so, dass die Abweichung von der rein erzwungenen Bewegung des Tilgers minimiert wird.
In 9 ist die Wirkung einer derartigen Regelung dargestellt. In 9 wird im oberen Diagramm der Relativwinkel α von der Drehmasse 330 gegenüber dem Flanschring 380 n über der Zeit t und im unteren Diagramm die Übersetzung n über der Zeit t dargestellt. Alle Größen sind dabei dimensionslos, also auf Bezugswerte normiert. Bei T = 0 wird zwischen der Tilgerordnung 2 und 4 umgeschaltet. Im System ohne Regelung gibt es große Überschwinger, dies ist durch die Kurve OR dargestellt. Die Sollkurve ist mit SO bezeichnet. Die Kurve mit der erfindungsgemäßen Regelung ist mit MR bezeichnet. Wie aus 9 zu ersehen ist, erreicht das erfindungsgemäß gesteuerte bzw. geregelte System die Sollkurve SO innerhalb von vier Perioden. Im unteren Teil des Diagramms der 9 ist die Übersetzung dargestellt, diese erreicht bereits nach etwa drei Perioden einen stationären Wert.
Bezugszeichenliste

1: Hauptmasse
2: Tilgermasse
2a: Pendelmasse
3: Tensometer
4: Tachometer
5: Regler
6: Motor
10: Antriebswelle
20: Verbundblech
30: Hohlrad des Zahnradplanetengetriebes
40: Planetenträger des Zahnradplanetengetriebes
50: Sonnenrad des Zahnradplanetengetriebes
60: Erstes Sonnenrad des Wälzplanetengetriebes
70: Planet des Wälzplanetengetriebes
80: Hohlrad des Wälzplanetengetriebes
90: Planetenträger des Wälzplanetengetriebes
100: Zweites Sonnenrad des Wälzplanetengetriebes
110: Steuerzahnrad
120: Gehäusegleitring
130: Planetenschaft
140: Nadellager
150: Mutter
160: Kegellager
200: Steuernut
300: Tilgervorrichtung
310: Getriebeanordnung
320: Fliehkrafttilger
330: Drehmasse
340: Drehmassenscheiben
350: Drehmassenscheiben
360: Führungsöffnungen
370: Kreisöffnung
380: Flanschring
390: Wälzrollen
400: mittlere Wälzrolle
410: äußere Wälzrollen

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 10310831 A1 [0007]
DE 102008058074 A1 [0039]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kraftfahrtechnisches Taschenbuch Bosch, Springer-Verlag 1998 [0006]

Claims

Tilgervorrichtung mit mindestens einer Tilgermasse, die mit einer Getriebeausgangsseite eines Getriebes (310) mit veränderbarer Übersetzung verbunden ist, dessen Getriebeeingangsseite mit einer Antriebswelle (10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse eine Drehmasse (330) umfasst, die mit einem Flanschring (380) mit mindestens einer Wälzrolle (390), die in Führungsöffnungen (360) von Drehmasse (330) und Flanschring (380) verschiebbar gelagert ist, gekoppelt ist, wobei die auf die Wälzrolle (390) einwirkende Fliehkraft bei einer Drehung der Getriebeausgangsseite um eine Rotationsachse ein Rückstellmoment auf die Drehmasse (330) bei einer Auslenkung der Drehmasse (330) gegenüber dem Flanschring (380) bewirkt.
Tilgervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsöffnungen (360) von Flanschring (380) und Drehmasse (330) jeweils bogenförmig verlaufen.
Tilgervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein Wälzplanetengetriebe aufweist, wobei das Wälzplanetengetriebe Planeten (70) aufweist, welche auf Planetenschaften (130) gelagert sind, wobei wenigstens ein Planetenschaft (130) kippbar ist.
Tilgervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippen eines Planetenschaftes (130) durch das Verschieben mindestens eines Teils des Planetenschaftes (130) in einer Nut (200) in einem Steuerrad, insbesondere einem Steuerzahnrad (110), erfolgt.
Antriebsanordnung mit einem Antriebsstrang und einer Tilgervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend einen Regler, einen Aktor zur Steuerung der Übersetzung des Getriebes der Tilgervorrichtung und eine Einrichtung zur Messung der Drehzahl der Antriebswelle und/oder einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors im Antriebsstrang.
Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Antriebsanordnung nach Anspruch 5, umfassend die Schritte – Ermittlung der Drehfrequenz der Antriebswelle – Bestimmung von benachbarten Resonanzfrequenzen – Abstimmung der Eigenfrequenz der Tilgervorrichtung auf die nächste Resonanzfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung des Getriebes in Abhängigkeit einer Motordrehzahl so gesteuert wird, dass die Eigenfrequenz der Tilgervorrichtung der Motordrehzahlordnung entspricht, die die größten Schwingungen verursachen würde.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung in Form einer Umschaltung der Übersetzung zwischen zwei Werten bei einer vorgegebenen Drehzahl erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung mit einem Feed-back-Regler erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung mit dem Feed-back-Regler so erfolgt, dass die Abweichung von einer erzwungenen Bewegung des Tilgers minimiert wird.