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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Durch die periodischen Verbrennungsvorgänge in einer Brennkraftmaschine werden im Fahrbetrieb Drehzahl- und/oder Drehmomentschwingungen im nachfolgenden Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeregt. Hierdurch entstehen Geräusche und Vibrationen, die den Fahrkomfort beeinträchtigen. Zur Dämpfung solcher Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist aus der
DE 10 2009 052 055 A1 ein Drehschwingungsdämpfer bekannt, der eine Fliehkraftpendeleinrichtung aufweist, welche die Dämpfungswirkung deutlich verbessern soll. Diese Fliehkraftpendeleinrichtung umfasst wenigstens eine Pendelmasse, die an einer rotierenden Trägerscheibe aufgehängt ist und entlang einer vorgegebenen Pendelbahn eine Relativbewegung zu dieser Trägerscheibe ausführen kann, um hierbei einen variablen Abstand zur Rotationsachse der Trägerscheibe einzunehmen. Eine solche Pendelmasse wird auch als Fliehkraftpendel bezeichnet. Als Folge der Schwingungen im Antriebsstrang werden die Pendelmassen zum Pendeln bzw. Schwingen angeregt, wobei sich deren Schwerpunkte permanent und zeitversetzt zu den Schwingungen im Antriebsstrang verändern, welches mittels mechanischer Kupplung eine Dämpfung der Schwingung im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs bewirkt. Die Dämpfungswirkung lässt sich durch entsprechende Abstimmung der Pendelmassen und/oder deren Pendelbahnen anpassen. Mit dieser bekannten Fliehkraftpendeleinrichtung sollen insbesondere niederfrequente Schwingungen gedämpft werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Drehschwingungstilger in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugens vorzuschlagen, der einfach aufgebaut ist, sich problemlos in einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs integrieren lässt sowie eine einfache Anpassung der Eigenfrequenz des Drehschwingungstilgers an die Schwingungsfrequenz des Antriebsaggregats zu erreichen ermöglicht.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Drehschwingungstilger in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs, der zwischen einem Antriebsaggregat und einem Getriebe oder innerhalb eines Getriebes angeordnet ist, aufweisend wenigstens eine Pendelmasse, die an einem drehbaren Träger angeordnet ist und entlang einer Pendelbahn eine Relativbewegung zum Träger ausführen kann. Gemäß der Erfindung ist bei diesem Drehschwingungstilger vorgesehen, dass die wenigstens eine Pendelmasse exzentrisch an einem Planetenrad angeordnet ist, dass das Planetenrad um eine Drehachse drehbar gelagert an dem Träger in Form eines Steges in einem Planetengetriebe angeordnet ist, und dass das Planetenrad in Verzahnungseingriff mit einem Sonnenrad oder einem Hohlrad des Planetengetriebes ist.
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Um Unwuchten zu vermeiden, sind am Träger vorzugsweise mindestens zwei symmetrisch angeordnete und gleichmäßig beabstandete Planetenräder mit jeweils gleich großen Pendelmassen drehbar gelagert angeordnet, die im Verzahnungseingriff mit dem Sonnenrad oder dem Hohlrad sind.
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Der Träger rotiert im Betrieb des Drehschwingungstilgers mit derselben Drehgeschwindigkeit wie das Sonnenrad oder das Hohlrad des Planetengetriebes, da das wenigstens eine Planetenrad an dem Träger gelagert ist und die exzentrische Pendelmasse durch die Zentrifugalbeschleunigung bei der Drehung des Trägers stets radial nach außen gerichtet ist.
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Durch Drehschwingungen des Sonnenrades oder des Hohlrades im Antriebsstrang des Fahrzeugs werden die Pendelmassen zum Schwingen um die Drehachse der Planetenräder angeregt und dämpfen bzw. tilgen die Drehschwingungen im Antriebsstrang des Fahrzeugs.
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Die Ordnung der Pendelmasse ist durch die Größe der Trägermasse, die Größe der Pendelmasse, die Anzahl der Pendelmassen, durch den Abstand des Schwerpunkts der Pendelmassen von der Drehachse, durch die Übersetzung zwischen dem oder den Planetenrädern und dem Sonnenrad oder dem Hohlrad einstellbar.
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Unter dem Begriff der Ordnung einer Pendelmasse ist eine Abstimmungsanordnung zu verstehen, die auf dem Verhältnis zwischen deren Eigenfrequenz und der Drehgeschwindigkeit des Trägers, an dem die Pendelmasse aufgehängt ist, basiert. Mathematisch ergibt sich die Ordnung der Pendelmasse aus dem Quotienten aus der Eigenfrequenz der Pendelmasse und der Drehgeschwindigkeit des Trägers.
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Um beim Andrehen des Antriebsstrangs nach dem Anlassen beispielsweise einer Brennkraftmaschine im Antriebsstrang das Mitdrehen des Trägers von Anfang an zu gewährleisten, können das oder die Planetenräder mittels Anschläge begrenzt drehbar an dem Träger gelagert sein. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass das oder die Planetenräder mittels einer Außenverzahnung mit einer komplementären Verzahnung am Sonnenrad oder am Hohlrad in Verzahnungseingriff sind, und dass sich die Außenverzahnung an dem oder an den Planetenrädern nur über einen Teilbereich deren Umfangs erstreckt, während der unverzahnte Teilbereich des Umfangs mindestens den Durchmesser des Kopfkreises der Außenverzahnung aufweist.
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Das oder die Planetenräder können sich dementsprechend bezüglich des Sonnenrades oder des Hohlrades nur über den Winkelbereich der Verzahnung an dem oder an den Planetenrädern drehen. Wenn der unverzahnte Teilbereich des wenigstens einen Planetenrades auf die Zähne der Verzahnung am Sonnenrad oder am Hohlrad trifft, wird die Weiterdrehung des wenigstens einen Planetenrades blockiert und der Träger, einschließlich der daran gelagerten Planetenräder, wird vom Sonnenrad oder dem Hohlrad durch dessen Drehbewegung mitgenommen und dreht sich mit derselben Drehgeschwindigkeit. Ab einer gewissen Drehgeschwindigkeit des Sonnenrades oder des Hohlrades und damit des Trägers stellen sich die Pendelmassen radial ein und können um die Drehachse der Planetenräder um einen Winkel schwingen, der durch die Umfangslänge des verzahnten Teilbereiches der Planetenräder vorgegeben ist.
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Wenn nicht gewünscht ist, dass die Verzahnung am Sonnenrad oder am Hohlrad den Gegenanschlag zum unverzahnten Teilbereich der Planetenräder bildet, ist es auch möglich, einen unverzahnten Teilbereich des Umfangs der Planetenräder durch Weglassen der Verzahnung in diesem Bereich zu bilden, wobei dieser unverzahnte Teilbereich des Umfangs der Planetenräder höchstens den Durchmesser des Fußkreises der Verzahnung aufweist, und ein am Träger befestigter Anschlag in den unverzahnten Teilbereich eingreift. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist die gleiche, wie die der vorher beschriebenen Ausführungsform.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Sonnenrad und/oder das Hohlrad Bestandteil eines oder mehrerer Planetenradsätze in einem Getriebe sind, und dass das wenigstens eine Planetenrad an dem Träger getrennt von den Planetengetriebegliedern der Planetenradsätze außerhalb des Drehmomentflusses mit dem Sonnenrad oder dem Hohlrad im Verzahnungseingriff ist. Um dies zu erreichen, kann der Träger mit dem wenigstens einen Planetenrad in einer gegenüber einem Planetenradsatz axial versetzten Ebene angeordnet sein, und das Sonnenrad oder das Hohlrad für den Verzahnungseingriff auch des wenigstens einen Planetenrades axial verbreitert ausgebildet sein.
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Diese Anordnung lässt sich vorteilhafterweise in einem als Planetenautomatgetriebe ausgebildeten Getriebe mit mehr als einem Planetenradsatz anordnen, wobei wenigstens ein Planetenradsatz mit einem Planetengetriebe zusammenwirkt, welches wenigstens ein Planetenrad mit einer exzentrischen Pendelmasse aufweist.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 eine schematische Ansicht eines Drehschwingungstilgers gemäß einer ersten Ausführungsform, aufweisend ein Planetengetriebe, dessen Planetenrad mit einem Sonnenrad in Verzahnungseingriff ist,
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2 eine schematische Ansicht eines Drehschwingungstilgers gemäß einer ersten Ausführungsform, aufweisend ein Planetengetriebe, dessen Planetenrad mit einem Hohlrad in Verzahnungseingriff ist, und
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3 eine schematische Längsschnittansicht eines Planetenautomatgetriebes mit zwei an zwei Planetenradsätzen des Planetenautomatgetriebes angreifenden Drehschwingungstilgern.
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Ein schematisch in 1 dargestellter Drehschwingungstilger 1 besteht aus einem Planetengetriebe 2 mit einem Sonnenrad 3, einem schematisch als Kreisring dargestellten Träger 5 in Form eines Steges im Planetengetriebe 2, sowie einem an dem Träger 5 um eine Drehachse 7 drehbar gelagerten Planetenrad 6a. Am Planetenrad 6a ist eine Pendelmasse 8 exzentrisch angeordnet, die um die Drehachse 7 des Planetenrades 6a schwingen kann.
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Das Sonnenrad 3 ist in einem in 1 nicht dargestellten Antriebsstrang eines Fahrzeugs zwischen einem Antriebsaggregat und einem Getriebe oder innerhalb eines Getriebes, wie beispielsweise in 3 gezeigt, angeordnet. Das Sonnenrad 3 weist eine über seinen gesamten Umfang verlaufende Außenverzahnung 11 auf, die durch ihren Kopfkreis 13a und ihren Fußkreis 14a symbolisiert ist. Das Planetenrad 6a weist eine mit der Außenverzahnung 11 des Sonnenrades 3 in Verzahnungseingriff stehende Außenverzahlung 10a auf, die sich nur über einen Teilbereich des Umfangs des Planetenrades 6a erstreckt. Diese Außenverzahnung 11 ist durch einen Kopfkreis 13 und einen Fußkreis 14 radial begrenzt, im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 1 über etwa die Hälfte des Umfangs des Planetenrades 6a. Der unverzahnte Bereich des Planetenrades 6a weist etwa einen Außendurchmesser auf, der dem Durchmesser des Kopfkreises 13 des Planetenrades 6a entspricht. Dementsprechend sind am umfangsbezogenen Rand des unverzahnten Bereiches des Planetenrades 6a zwei Anschlagflächen 9a, 9b ausgebildet, die sich bei einer Drehung des Planetenrades 6a relativ zum Sonnenrad 3 an die Zahnköpfen der Außenverzahnung 11 des Sonnenrades 3 anlegen und somit den Winkelausschlag des Planetenrades 6a relativ zum Sonnenrad 3 beschränken. Auf diese Weise ist die Mitnahme des Trägers 5 mit dem daran drehbar angeordneten Planetenrad 6a beim Anfahren des Fahrzeugs bzw. beim Andrehen des Getriebes sicher gewährleistet. Wenn sich die Pendelmasse 8 ab einer bestimmten Drehzahl des Sonnenrades 3, wie gezeichnet, radial einstellt, kann sie um die Drehachse 7 frei schwingen und ihre Aufgabe als Drehschwingungstilger erfüllen.
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Es ist für die Realisierung eines begrenzten Drehwinkels des Planetenrades 6a ebenfalls möglich, einen entsprechenden Umfangsbereich der Außenverzahnung 11 des Sonnenrades 3 entsprechend der Außenverzahnung 10a des Planetenrades 6a auszubilden und das Planetenrad 6a mit einer vollständigen Umfangsverzahnung zu versehen.
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Die Ausführungsform gemäß 1 ist nur mit einem Planetenrad 6a dargestellt, bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, die mindestens zwei diametral gegenüber angeordnete Planetenräder 6a, 6b aufweist, wie dies in 2 dargestellt ist, da durch die symmetrische Anordnung von zwei oder mehr Planetenrädern 6a Unwuchten im Planetengetriebe 2 vermieden werden.
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2 zeigt demnach einen Drehschwingungstilger 1 aufweisend ein Planetengetriebe 2, bei dem zwei diametral gegenüberliegende Planetenräder 6b, 6c mittels ihrer Außenverzahnung 10b, 10c mit der Innenverzahnung 12 eines Hohlrades 4 des Planetengetriebes 2 im Verzahnungseingriff sind. Die Außenverzahnung 10b, 10c der beiden Planetenräder 6b, 6c ist jeweils durch einen Kopfkreis 13 und einen Fußkreis 14 radial begrenzt. Während sich die Außenverzahnung 10b des ersten Planetenrades 6b nur über etwas mehr als die Hälfte des Umgangs dieses Planetenrades 6b erstreckt, weist das zweite Planetenrad 6c eine vollständige Außenverzahnung 10c auf.
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Die beiden Planetenräder 6b, 6c sind wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 jeweils um eine eigene Drehachse 7 drehbar an einem Träger 5a in Form eines Steges des Planetengetriebes 2 gelagert. Der Träger 5a ist als Ringscheibe ausgebildet, wie dies auch bei der Ausführungsform 1 in der Praxis bevorzugt der Fall ist. An den beiden Planetenrädern 6b, 6c ist mit radialem Abstand außen jeweils eine Pendelmasse 8a angeordnet.
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An den umfangsbezogenen Enden der Außenverzahnung 10b des ersten Planetenrades 6b sind die in Richtung zu dem außenverzahnungslosen Bereich dieses Planetenrades 6b weisenden Zahnflanken als Anschlagflächen 9c, 9d ausgebildet. Der außenverzahnungslose Bereich des Planetenrades 6b weist maximal den Durchmesser des Fußkreises 14 der Außenverzahnung 10b der Planetenräder 6b, 6c auf. Ein am Träger 5a angeordneter Stift 21 begrenzt als Anschlag in Verbindung mit den Anschlagflächen 9c, 9d an dem Planetenrad 6b die Schwingungsamplitude der Pendelmasse 8a der beiden Planetenräder 6b, 6c in analoger Weise, wie dies im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben ist.
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Andere Ausführungsformen der Begrenzung der Schwingungsamplitude der Pendelmassen 8, 8a sind selbstverständlich möglich.
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In 3 ist schematisch ein Getriebe 15 in Form eines Planetenautomatgetriebes dargestellt, in dem vier Planetenradsätze 16a, 16b, 16c, 16d axial hintereinander angeordnet sowie miteinander verschaltet sind. Von einem nicht dargestellten Antriebsaggregat führt ein antriebseitiges Übertragungselement 17 in Form einer Eingangswelle zu einer Überbrückungskupplung 18 und einem Drehmomentwandler 19, die zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Derartige Baueinheiten und deren Funktionen sind allgemein bekannt und nicht näher beschrieben, da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind. Aus dem Getriebe 15 führt ein abtriebseitiges Übertragungselement 20 in Form einer Ausgangswelle beispielsweise zu nicht dargestellten Antriebsrädern des Fahrzeugs. Mittels der Planetenradsätze 16a, 16b, 16c, 16d lassen sich die Gangstufen des Getriebes automatisch schalten. Dies ist ebenfalls allgemein bekannt und nicht Teil der vorliegenden Erfindung.
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Am ersten Planetenradsatz 16a ist ein Hohlrad 4a angeordnet, welches mit den Planeten des ersten Planetenradsatzes 16a im Verzahnungseinriff ist. Dieses Hohlrad 4a ist axial breiter ausgebildet, als dies für den Verzahnungseingriff der Planetenräder dieses Planetenradsatz 16a notwendig wäre. Mit diesem Hohlrad 4a wirkt auch das als Drehschwingungstilger 1 ausgebildete Planetengetriebe 2 zusammen. Dieses als Drehschwingungstilger wirkende Planetengetriebe 2 ist, wie in 2 dargestellt und diesbezüglich beschrieben aufgebaut, und die Planetenräder 6b sowie 6c, die an dem Träger 5a drehbar gelagert sind, wirken mit dem Hohlrad 4a zusammen.
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Die Planetenräder 6b, 6c mit den daran angeordneten Pendelmassen 8a sind zusammen mit dem Träger 5a gegenüber dem ersten Planetenradsatz 16a zumindest begrenzt frei drehbar und erfüllen auf diese Weise ihre Drehschwingungstilgerfunktion.
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Der axial letzte Planetenradsatz 16d im Getriebe 15 wirkt mit einem Planetengetriebe 2 in der in 1 dargestellten Ausführungsform mit zwei diametral gegenüberliegenden Planetenrädern 6a zusammen. Hierbei sind die Planetenräder 6a mit einem axial verbreiterten Sonnenrad 3a des letzten Planetenradsatzes 16d im Verzahnungseingriff. Diese Planetenräder 6a sind gegenüber dem axial letzten Planetenradsatz 16d zumindest begrenzt frei drehbar und können mittels ihrer Pendelmassen 8 auf diese Weise ihre Drehschwingungstilgerfunktion erfüllen.
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Die verschiedenen Anordnungen und Ausbildungen des Drehschwingungstilgers 1 gemäß der Erfindung ermöglichen eine beliebige Unterbringung des Drehschwingungstilgersystems in einem Getriebe. Mehrere Drehschwingungstilger 1 gemäß dem Konstruktionsprinzipien der Erfindung lassen sich auf einfache Weise mit den im Getriebe 15 vorhandenen Planetenradsätzen 16a–16d kombinieren, so dass sich die Drehschwingungsentkopplung im Getriebe 15 mit vergleichsweise wenigen Bauteilen realisieren lässt. Dies geschieht, indem bei vorhandenen Planetenradsätzen 16a–16d zusätzliche Planetengetriebe 2 in jeweils einer weiteren Axialebene hinzugefügt werden, deren Planetenräder 6a, 6b, 6c frei schwingen können und ein gemeinsames Sonnenrad 3a oder ein gemeinsames Hohlrad 4a nutzen, sowie deren Planetenräder 6a, 6b, 6c eine exzentrische Masse 8, 8a an ihrem äußeren Umfang tragen. Die am Träger 5a angeordneten Planetenräder 6a, 6b, 6c dürfen sich jedoch nicht im Drehmomentfluss des Antriebsstrangs befinden.
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Die Anzahl der verwendeten Planetenräder 6a, 6b, 6c ist frei wählbar, sie sollten aber gleichmäßig zueinander beabstandet und symmetrisch am Träger 5, 5a angeordnet sein, um Unwuchten in den als Drehschwingungstilger wirkenden Planetengetrieben 2 zu vermeiden. Durch die Schwingmöglichkeit der Pendelmassen 8, 8a an den Planetenrädern 6a, 6b, 6c ergibt sich automatisch eine Epizykloidenbahn, die bei derartigen Tilgersystemen üblicherweise ausgeführt wird. Die Ordnung des Drehschwingungstilgers 1 lässt sich über den Abstand des Schwerpunkts der Pendelmasse 8, 8a zur Drehachse 7 der Planetenräder 6a, 6b, 6c festlegen. Die Schwingungsfrequenz und Schwingungsamplitude des Drehschwingungstilgersystems wird von der Größe der Pendelmasse 8, 8a und der Masse des Trägers 5, 5a bestimmt. Je nach vorhandener Übersetzung im als Drehschwingungstilger wirkenden Planetengetriebe 2 lassen sich die Hebelarme und Massen unterschiedlich dimensionieren, um einen an die Drehschwingungsfrequenzen des Antriebsstrangs angepassten Tilgermechanismus auszulegen. Der Drehschwingungstilger 1 gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, ungenutzten Bauraum im Getriebe 15 zur Schwingungstilgung zu nutzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungstilger
- 2
- Planetengetriebe
- 3, 3a
- Sonnenrad
- 4, 4a
- Hohlrad
- 5, 5a
- Träger
- 6a–6c
- Planetenräder
- 7
- Drehachse der Planetenräder
- 8, 8a
- Pendelmasse
- 9a–9d
- Anschlagflächen, Anschläge
- 10a–10c
- Außenverzahnung am Planetenrad
- 11
- Außenverzahnung am Sonnenrad 3
- 12
- Innenverzahnung am Hohlrad 4, 4a
- 13, 13a
- Kopfkreis
- 14, 14a
- Fußkreis
- 15
- Getriebe, Planetenautomatgetriebe
- 16a–16d
- Planetenradsätze des Planetenautomatgetriebes
- 17
- Eingangswelle des Planetenautomatgetriebes
- 18
- Überbrückungskupplung
- 19
- Drehmomentwandler
- 20
- Ausgangswelle des Planetenautomatgetriebes
- 21
- Stift, Anschlag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009052055 A1 [0002]
