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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger mit einer ein Gehäuse bildenden, um eine Drehachse drehenden Schwungmasse und mit einem in dem Gehäuse als Tilgermasse wirksam untergebrachten, in Umfangsrichtung begrenzt verlagerbaren Hydraulikfluid.
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Dynamische Tilger zur Tilgung von Drehschwingungen von in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen verwendeten Brennkraftmaschinen sind seit langem bekannt. Durch Abstimmung der Eigenfrequenz einer zu einem Hauptdämpfungssystem, beispielsweise einer Schwungmasse eines Schwungrads elastisch gekoppelten Tilgermasse können hierbei die Schwingungen der Schwungmasse im reibungsfreien Betrieb bei konstanter Drehzahl theoretisch vollständig getilgt werden. Da bei wechselnder Drehzahl der Brennkraftmaschine sich die Anregungsfrequenzen des Antriebsstrangs ändern, wurden Fliehkraftpendel als drehzahladaptive Drehschwingungstilger vorgeschlagen, bei denen Pendelmassen im Fliehkraftfeld gegen die Schwungmasse pendeln, so dass sich die Eigenfrequenz der Pendelmassen abhängig von der Drehzahl ändert und damit den Anregungsfrequenzen nachgeführt werden kann. Aufgrund der großen Anzahl bewegter Teile und der zwischen den Pendelmassen und der Schwungmasse auftretenden Reibung sind mechanische Fliehkraftpendel aufwendig herzustellen.
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Aus der
DE 34 28 819 A1 ist ein drehzahladaptiver Tilger für die Tilgung von Biegeschwingungen eines Rotorblatts eines Helikopters bekannt. Die einer Tilgermasse eines Fliehkraftpendels entsprechende Masse der verwendeten Flüssigkeit ist allein schon wegen der gegenüber den verwendeten festen Werkstoffen gering und entfaltet daher in einer Anwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nur unzureichende Wirkung beziehungsweise ist ungeeignet zur Tilgung der auftretenden Anregungsfrequenzen.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, einen drehzahladaptiven Drehschwingungstilger in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer flüssigen Tilgermasse vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch einen Drehschwingungstilger mit einer ein Gehäuse bildenden, um eine Drehachse drehenden Schwungmasse und mit einem in dem Gehäuse als Tilgermasse wirksam untergebrachten, in Umfangsrichtung begrenzt verlagerbaren Hydraulikfluid gelöst, wobei in dem Gehäuse eine feste, zusätzliche, von dem Hydraulikfluid in Umfangsrichtung begrenzt verlagerbare Tilgermasse vorgesehen ist. Erfindungsgemäß bildet hierbei das Hydraulikfluid einen Teil der Tilgermasse, während die zusätzliche Tilgermasse mit höherer Dichte beispielsweise aus Metall in dem Gehäuse in Umfangsrichtung begrenzt verlagerbar angeordnet ist und von dem Hydraulikfluid gesteuert wird. Dies erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, dass das Hydraulikfluid radial Flächenbereiche der Tilgermasse in Umfangsrichtung beidseitig umfließt. Dabei wird das Hydraulikfluid unter Fliehkrafteinwirkung nach außen beschleunigt. Bei Abwesenheit von Drehschwingungen stellt sich dabei an beiden Flächenbereichen derselbe Druck ein, so dass sich die Tilgermasse im Gleichgewicht mit dem Hydraulikfluid befindet. Treten Drehschwingungen auf, bildet sich an den Flächenbereichen ein unterschiedlicher Druck aus, so dass sich die Tilgermasse gegenüber dem Gehäuse verdreht und sich damit ein Tilgermoment ausbildet, das den eingetragenen Drehschwingungen entgegenwirkt. Das Hydraulikfluid wirkt dabei unter Fliehkrafteinfluss als Pendelmasse, so dass die Eigenfrequenz der gesamten, aus der Masse des Hydraulikfluids und der festen, begrenzt verdrehbaren Masse gebildeten Tilgermasse drehzahladaptive Eigenschaften aufweist.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in dem Drehschwingungstilger zwischen Gehäuse und Tilgermasse eine drehspielbehaftete Verzahnung mit über den Umfang verteilten Zähnen und Zahnlücken vorgesehen, wobei durch jeweils eine Zahnlücke ein mittels eines radial außen durch einen hydraulischen Spalt zwischen Zahnlücke und Zahn in zwei Teilkammern getrennter, zumindest teilweise mit einem Hydraulikfluid befüllter Spaltraum gebildet ist. Die Verzahnung ist dabei beispielsweise aus zwei ineinander greifenden Zahnringen gebildet, wobei einer der Zahnringe fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Alternativ kann der mit dem Gehäuse verbundene Zahnring in das Gehäuse eingeprägt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Drehschwingungstilgers ist infolge der höher erzielbaren Masse die Tilgermasse als innenverzahnter Zahnring ausgebildet, in dessen nach innen gerichtete Zähne des als Außenring ausgebildeten, mit dem Gehäuse fest verbundenen Zahnrings radial unter Bildung der Spalträume eingreifen.
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Es hat sich hierbei als zweckmäßig erwiesen, wenn die Verzahnung, beziehungsweise die beiden Zahnringe jeweils drei bis acht Zähne, vorzugsweise sechs Zähne enthalten.
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Die gegenüber dem Gehäuse verlagerbare Tilgermasse ist bevorzugt gegenüber dem Gehäuse axial mittels eines beidseitigen Dichtspalts abgedichtet, wobei zur Verringerung der Reibung die einander benachbarten Stirnflächen der Tilgermasse und/oder des Gehäuses zur Verringerung der Reibung oberflächenbearbeitet wie poliert, beschichtet oder in anderer Weise behandelt sein können. Alternativ kann eine Wälzlagerung vorgesehen sein. Das Hydraulikfluid kann als Schmierkomponente dienen, wird aber im Wesentlichen durch Begrenzung des Dichtspalts oder entsprechende Dichtungen auf die Spalträume beschränkt, um einen Austausch zwischen Spalträumen und insbesondere zwischen den Teilkammern eines Spaltraums zu unterbinden. Es hat sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Spaltweite des Dichtspalts kleiner als eine Spaltweite des hydraulischen Spalts ist, so dass ein Austausch des Hydraulikfluids während auftretenden Drehschwingungen bevorzugt über den hydraulischen Spalt erfolgt. Über die Ausmaße des hydraulischen Spalts kann neben der Reibung der Tilgermasse wie Zahnring an dem Gehäuse die innere Reibung der Tilgermasse eingestellt werden.
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Die begrenzt in Umfangsrichtung verlagerbare Tilgermasse wie Zahnring kann an einem Innenumfang des Gehäuses zentriert sein. Zur weiteren Verminderung einer Reibung der Tilgermasse an den Zentrierflächen können Gleitreibungseinrichtungen mit entsprechend vorbereiteten wie polierten und/oder beschichteten Gleitflächen, eine Wälzlagerung oder dergleichen vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Drehschwingungstilger in 3D-Ansicht,
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2 den Drehschwingungstilger der 3 in teilgeschnittener Ansicht,
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3 den begrenzt im Gehäuse des Drehschwingungstilgers der 1 und 2 verlagerbaren Zahnring in 3D-Ansicht,
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4 einen Teilschnitt durch den Drehschwingungstilger der 1 und 2 im Gleichgewichtszustand,
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5 und 6 einen Teilschnitt durch den Drehschwingungstilger der 1 und 2 mit unter Drehschwingungsbelastung in beide Drehrichtungen belasteter Tilgermasse.
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1 zeigt den Drehschwingungstilger 1 in 3D-Ansicht mit dem in sich geschlossenen Gehäuse 2 mit dem Lochkreis 3 zur direkten Befestigung an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine oder einem mit der Kurbelwelle verschraubten Aggregat wie Zweimassenschwungrad, Doppelkupplung, Reibungskupplung, hydrodynamischer Drehmomentwandler oder dergleichen, wobei vom Lochkreis 3 abweichende Befestigungsformen, beispielsweise eine Steckverzahnung, ein Flexplate oder dergleichen gegebenenfalls auf abweichenden Durchmessern vorgesehen sein kann.
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2 zeigt den Drehschwingungstilger 1 in teilweise angeschnittener Ansicht, die einen Einblick auf die als Hydraulikfluid 4 ausgebildete Tilgermasse und die aus Stahl gebildete zusätzliche Tilgermasse 5 freigibt. Die Tilgermasse 5 ist an dem Innenumfang 6 des Gehäuses 2 zentriert und bildet einen Gleitkontakt zu dieser aus. Mit dem Gehäuse 2 ist der als Außenzahnring ausgebildete, beispielsweise gestanzte Zahnring 7 mit über den Umfang verteilten nach radial außen gerichteten Zähnen 8 ausgebildet. Die Tilgermasse 5 ist als zum Zahnring 7 komplementärer, als Innenzahnring ausgebildeter Zahnring 9 mit den nach radial innen in die Zahnlücken 11 der Zähne 8 radial eingreifenden Zähnen 10 gebildet. Hierbei bilden die Zahnringe 7, 9 die Verzahnung 12 mit den Spalträumen 13, die jeweils teilweise mit Hydraulikfluid 4 befüllt sind. Die die Zähne 10 des Zahnrings 9 in Umfangsrichtung umgebenden Spalträume 13 sind in jeweils zwei Teilkammern 14, 15 unterteilt und mittels der jeweils zwischen den Zähnen 8 des Zahnrings 7 und des Zahngrunds 16 des Zahnrings 9 eingestellten hydraulischen Spalts 17 miteinander verbunden.
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3 zeigt eine 3D-Ansicht der Tilgermasse 5 in Form des Zahnrings 9 der 1. Die über den Umfang verteilten Zähne 10 weisen an ihren Zahnflanken Flächenbereiche 18, 19 auf, die abhängig vom anliegenden Drehmoment und bei schnell schwankenden Drehschwingungen wechselseitig mit der Frequenz der Drehschwingungen von dem Hydraulikfluid 4 (2) beaufschlagt werden, so dass der Zahnring 9 gegenüber dem Gehäuse 2 (2) entsprechend der Anregungsfrequenz relativ verdreht wird und damit durch Änderung des Massenträgheitsmoments des Drehschwingungstilgers 1 (2) Drehschwingungen getilgt werden. An den Stirnseiten 21, 22 tritt während einer Drehschwingungstilgung Reibung gegenüber den Gehäusewänden des Gehäuses 2 (2) auf, die durch entsprechende Ausbildung eines Dichtspalts gegenüber dem Gehäuse 2, Beschichtung der Stirnseiten 21, 22 und/oder der Gehäusewände und/oder dergleichen gemindert werden kann. Der Dichtspalt ist dabei so eng, dass keine relevanten Verluste an Hydraulikfluid 4 (4) über den Dichtspalt zu verzeichnen sind.
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Zur Erläuterung der Tilgungswirkung des Drehschwingungstilgers 1 zeigen die 4 bis 6 den um die Drehachse d verdrehbaren Drehschwingungstilger 1 im Halbschnitt bei unterschiedlichen Betriebszuständen. 4 zeigt den Drehschwingungstilger 1 im Gleichgewichtszustand. Hierbei ist das Hydraulikfluid 4 in beiden Teilkammern 14, 15 gleichmäßig verteilt, die Tilgermasse 5 ist daher bezogen auf die Zähne 10 gegenüber dem Gehäuse 2 gleichmäßig angeordnet. Die 5 und 6 zeigen jeweils die gegenüber dem Gehäuse 2 verdrehte Tilgermasse 5. Durch eine Drehbeschleunigung des Gehäuses als mit dem Schwingungserreger wie Brennkraftmaschine drehschlüssig verbundene Schwungmasse 20 während einer Drehschwingung bleibt die Tilgermasse 5 aufgrund deren Trägheitsmasse zunächst unter Verdrängung von Hydraulikfluid 4 über den hydraulischen Spalt 17 von der Teilkammer 14 in die Teilkammer 15 (5) und von Teilkammer 15 in die Teilkammer 14 (6) zurück. Mit Zunahme der anliegenden, von der Drehzahl des Drehschwingungstilgers 1 abhängigen Fliehkraft nimmt dabei die Beschleunigung auf das Hydraulikfluid 4 zu, so dass eine Änderung der Füllstände in den Teilkammern 14, 15, welche bei einer Verlagerung der Zähne 10 der Tilgermasse 5 in den Spalträumen 13 primär auftreten, und ein Ausgleich dieser über den hydraulischen Spalt 17 zunehmend erschwert wird. Durch die Auswahl konstruktiver Parameter, beispielsweise Gestalt und Masse der Tilgermasse 5, der hydraulischen Spalte 17, der Dichte des Hydraulikfluids 4 und dergleichen kann der drehzahladaptive Drehschwingungstilger 1 an die Eigenfrequenzen und Motormomente der Brennkraftmaschine angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungstilger
- 2
- Gehäuse
- 3
- Lochkreis
- 4
- Hydraulikfluid
- 5
- Tilgermasse
- 6
- Innenumfang
- 7
- Zahnring
- 8
- Zahn
- 9
- Zahnring
- 10
- Zahn
- 11
- Zahnlücke
- 12
- Verzahnung
- 13
- Spaltraum
- 14
- Teilkammer
- 15
- Teilkammer
- 16
- Zahngrund
- 17
- hydraulischer Spalt
- 18
- Flächenbereich
- 19
- Flächenbereich
- 20
- Schwungmasse
- 21
- Stirnseite
- 22
- Stirnseite
- d
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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