-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
Erfindungsgebiet
-
Die Erfindung betrifft Getriebe, die Nebenabtriebseinheiten („PTO“ - Power-Take Off) verwenden. Die Erfindung betrifft insbesondere Getriebe mit einem integrierten Dämpfer an einem PTO-Antriebsritzel.
-
Verwandter Stand der Technik
-
PTOs stellen ein zweckmäßiges Mittel bereit, um Nebenaggregate oder Sekundärfunktionen eines Fahrzeugs oder eines anderen angetriebenen Geräts anzutreiben. PTOs können mit allen Arten von Fahrzeugen verwendet werden, einschließlich u.a. Kraftfahrzeugen, Lastwagen, Wasserfahrzeugen oder Flugzeugen. Ein PTO kann auch mit einem Industriemotor verwendet werden. Ein PTO kann direkt mit einem Motor gekoppelt werden oder kann mit einem Getriebe, das mit einem Motor verwendet wird, gekoppelt werden. Allgemein ist der Abtrieb eines PTO eine Welle, an die andere Einrichtungen oder Geräte angeschlossen werden können und von dort angetrieben werden können. Beispielsweise kann der Abtrieb eines PTO zum Antreiben einer Hydraulikpumpe, einer Winde oder einer Muldenkipper-Hebevorrichtung verwendet werden. Die PTOs können durch eine beliebige drehmomentführende Welle in dem Motor, dem Getriebe oder dem Fahrzeug angetrieben werden.
-
Eine übliche Anordnung ist eine motorangetriebene PTO-Anordnung, wo der PTO ein Antriebsdrehmoment von der Motorkurbelwelle oder einer mit der Motorkurbelwelle verbundenen Komponente empfängt. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt für motorangetriebene PTO-Anwendungen ist das Drehmomentwandler-Primärrad, das durch eine Verbindung zu der Motormitnehmerscheibe direkt an die Motorwelle angeschlossen sein kann.
-
In der Regel werden bei motorangetriebenen PTO-Anwendungen aufgrund von Totgang übermäßige Ritzelgeräusche an der Grenzfläche zwischen dem Antriebsritzel, das ein Ritzel in einem Getriebe sein kann, und dem PTO-Eingangsritzel erzeugt. Der Totgang kann als das Ausmaß des Spiels oder des Raums zwischen koppelnden Komponenten wie etwa Ritzeln beschrieben werden. Komponenten können aufgrund ihres Totgangs Geräusch erzeugen, insbesondere wenn die Komponenten unbelastet sind. Geräusch tritt in der Regel auf, wenn der Motor bei niedrigen Drehzahlen („RPM“) arbeitet, und zwar aufgrund von Torsionsschwingungen von dem Motor, die den Ritzeleingriff des Antriebsritzels und des PTO-Eingangsritzels anregen. Ein Geräusch kann auch während des PTO-Betriebs auftreten, wenn der PTO an der Ausgangsseite des PTOs mit einer niedrigen Drehmomentlast arbeitet. Dieses Geräusch führt zu verringerter Effizienz und kann für den Bediener des Fahrzeugs oder des Geräts, das durch den PTO angetrieben wird, irritierend oder schädlich sein. Somit besteht ein Bedarf an einem PTO, der während des Betriebs weniger Geräusch liefert, insbesondere wenn der PTO mit einer geringen Last oder bei niedrigen Drehzahlen arbeitet.
-
Aus der
DE 102008014616 A1 ist ein Antriebsstrang mit einem Hybridgetriebe bekannt, wobei das Hybridgetriebe eine Nebenabtriebseinheit umfasst. Der Antriebsstrang umfasst einen Übergangsdrehmoment-dämpfer, der zwischen einer Brennkraftmaschine und dem Hybridgetriebe angeordnet ist. Der Übergangsdrehmoment-dämpfer soll das wahlweise Einrücken einer Maschine mit dem Hybridgetriebe ermöglichen.
-
Ferner ist aus der
DE 10039635 A1 eine Anfahreinheit für den Einsatz in Antriebssystemen von Fahrzeugen bekannt. Diese Anfahreinheit umfasst einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentenwandler, eine Überbrückungskupplung sowie eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen, die alle zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb der Anfahreinheit angeordnet sind.
-
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
-
Die Beschreibungen unten enthalten Vorrichtungen zum Reduzieren des Arbeitsgeräuschs von PTOs. Ein Getriebe kann einen Dämpfer an einem Punkt entlang des Drehmomentwegs von dem Getriebe-PTO-Ausgangsritzel zu dem PTO-Ausgang enthalten. Der Dämpfer absorbiert Schwingungen und Klappern bei den PTO-Komponenten und kann dementsprechend das durch den Totgang der Ritzel oder anderer Komponenten entlang des Drehmomentwegs verursachte Geräusch verringern.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein gedämpftes System: ein Getriebe; eine Nebenabtriebseinheit; einen Dämpfer zum Dämpfen von Schwingungen an einer Grenzfläche zwischen dem Antriebsritzel und der Nebenabtriebseinheit; ein Antriebsritzel; eine erste Welle, die konfiguriert ist zum Übertragen von Drehmoment von dem Getriebe zu dem Dämpfer, und eine zweite Welle, die konfiguriert ist zum Übertragen von Drehmoment von dem Dämpfer zu dem Antriebsritzel.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Nebenabtriebseinheit: ein Eingangsritzel; eine mit dem Eingangsritzel verbundene Eingangswelle; eine mit der Eingangswelle verbundene Ausgangswelle und einen zwischen die Eingangswelle und die Ausgangswelle gekoppelten Dämpfer.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Nebenabtriebseinheit die Schritte des Empfangens eines Drehmoments an einer Eingangswelle und Dämpfens der PTO-Eingangswelle mit einem Dämpfer.
-
Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile ergeben sich dem Fachmann oder werden sich ihm ergeben bei einer Betrachtung der folgenden Figuren und ausführlichen Beschreibung. Alle derartigen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile sollen innerhalb dieser Beschreibung enthalten sein, innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen und durch die folgenden Ansprüche geschützt sein.
-
Figurenliste
-
Die unten beschriebenen Ausführungsformen lassen sich durch Lektüre der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen eingehender verstehen. Es zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm eines gedämpften Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein Blockdiagramm eines gedämpften Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein Blockdiagramm eines gedämpften Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 4 ein Schemadiagramm eines Getriebes und eines PTO, der einen Dämpfer gemäß anderer Ausführungsformen der Erfindung enthält;
- 5 eine mechanische Darstellung eines mit einem Dämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgestatteten PTO und
- 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines mit einem Dämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgestatteten PTO.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Die beschriebenen Ausführungsformen können das übermäßige Geräusch mildern, das erzeugt wird, wenn ein PTO betrieben wird, insbesondere bei niedrigen Drehmomentlasten und/oder bei niedrigen Drehzahlen. Ein Fahrzeuggetriebe, das einen PTO integriert oder damit gekoppelt ist, kann einen Dämpfer enthalten, um Geräusch zu reduzieren, das durch die Getriebe-PTO-Grenzfläche oder in dem PTO aufgrund eines Betriebs mit geringer Drehzahl des PTO oder aufgrund von Totgang erzeugt wird. Alternativ kann sich der Dämpfer in dem PTO befinden. Die offenbarten Ausführungsformen können mit Motor- oder von hinten angetriebenen PTOs verwendet werden.
-
1 zeigt ein Blockdiagramm eines gedämpften Systems 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsquelle 110 kann ein Motor, z.B. ein Verbrennungsmotor oder ein Dieselmotor, sein. Die Antriebsquelle 110 ist an ein Getriebe 120 gekoppelt, das beispielsweise ein manuelles oder Automatikgetriebe sein kann. Das Getriebe 120 ist mit einem Dämpfer 130 gekoppelt, der ein Fluiddämpfer, ein Federdämpfer oder eine andere Art von Dämpfer sein kann.
-
Der Dämpfer 130 kann die Schwingungen in dem gedämpften System 100 beispielsweise durch Absorbieren von Torsions- oder anderen mechanischen Schwingungen an der Grenzfläche 145 zwischen dem Antriebsritzel 140 und der PTO-Einheit 150 dämpfen. In der Regel ist die Grenzfläche 145 ein Ritzeleingriff. Der Dämpfungseffekt des Dämpfers 130 kann das übermäßige Geräusch reduzieren, das sich aufgrund dieser Schwingungen ergeben kann.
-
Der Dämpfer 130 ist mit einem Antriebsritzel 140 gekoppelt, das weiterhin mit der PTO-Einheit 150 gekoppelt ist. Die PTO-Einheit 150 kann ein Drehmoment zum Antreiben einer Drehmomentlast ausgeben (nicht gezeigt).
-
2 zeigt ein Blockdiagramm eines gedämpften Systems 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ein Schwingungssensor 260 ist zu dem gedämpften System 100 hinzugefügt worden. Der Schwingungssensor 260 kann eine elektromechanische, piezoelektrische oder mechanische Einrichtung sein, die Schwingungen detektiert und ein Signal liefert, das die Frequenz und/oder Amplitude der mechanischen Schwingungen an der Grenzfläche 245 oder anderweitig im gedämpften System 200 darstellt.
-
Das Ausgangssignal des Schwingungssensors 260 wird zu dem Dämpfer 230 geschickt. Der Dämpfer 230 kann eine einstellbare Frequenz aufweisen, bei der er Schwingungen am effizientesten dämpft. Beispielsweise kann der Dämpfer 230 ein Federdämpfer oder ein Fluiddämpfer mit einer einstellbaren Dämpfungskonstante sein. Die Dämpfungskonstante kann durch den Benutzer des gedämpften Systems 200 eingestellt werden oder kann durch einen Prozessor auf der Basis eines Signals von dem Schwingungsdämpfer 260 automatisch eingestellt werden. Alternativ kann der Dämpfer 230 sich selbst auf der Basis eines Signals von dem Schwingungssensor 260 einstellen. Der Dämpfer 230 und der Schwingungssensor 260 können einen Regelkreis bilden, der nach bestimmten Schwingungen suchen und sie dämpfen kann. Beispielsweise kann der Regelkreis nach Schwingungen in dem Frequenzbereich des menschlichen Gehörs suchen, d.h. 10 Hz bis 20 kHz.
-
3 zeigt ein Blockdiagramm eines gedämpften Systems 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Beim gedämpften System 300 ist der Dämpfer 360 eine Komponente des PTO 390. Der Dämpfer 360 kann die Schwingungen an der Grenzfläche 345 zwischen dem Antriebsritzel 340 und dem PTO-Eingangsritzel 350 dämpfen. Die Grenzfläche 345 ist in der Regel ein Ritzeleingriff, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Dämpfer 360 überträgt Drehmoment auf eine PTO-Baugruppe 370, die ein Drehmoment zu der PTO-Ausgangswelle 380 überträgt. Die PTO-Baugruppe 370 kann eine Kombination aus Ritzeln, Kupplungen und Wellen oder irgendwelche anderen Komponenten oder Kombinationen von Komponenten, die ein Drehmoment von dem Dämpfer 360 zur PTO-Ausgangswelle 380 übertragen, umfassen. Die PTO-Ausgangswelle 380 kann mit einer Drehmomentlast wie etwa einer Pumpe oder einer Hebevorrichtung koppeln.
-
4 zeigt ein Schemadiagramm eines Systems 400 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das System 400 enthält ein Getriebe 405 und einen PTO 410. Das Getriebe 405 enthält einen Drehmomentwandler 415 und kann ein Automatikgetriebe sein. Alternativ kann das Getriebe 405 ein manuelles Getriebe sein. Das Getriebe 405 enthält weiterhin einen Dämpfer 440, der beispielsweise ein Fluid- oder Federdämpfer sein kann. Der Dämpfer 440 kann auch ein einstellbarer Dämpfer mit einer einstellbaren Dämpfungskonstante sein. Der Dämpfer 440 überträgt ein Drehmoment von dem Getriebe 405 zum Antriebsritzel 420. Der Dämpfer 440 kann jedoch Schwingungen dämpfen, die erzeugt werden, wenn das Getriebe 405 bei niedrigen Drehzahlen arbeitet, oder aufgrund eines Totgangs zwischen dem Antriebsritzel 420 und dem Eingangsritzel 425 erzeugt werden.
-
Das Antriebsritzel 420 überträgt ein Drehmoment zum Eingangsritzel 425. In der Regel ist die Grenzfläche des Antriebsritzels 420 und des Eingangsritzels 425 ein Ritzeleingriff. Das Eingangsritzel 425 überträgt ein Drehmoment zu einer Zwischenachswelle 430. Die Zwischenachswelle 430 kann vorteilhafterweise ein Drehmoment von einem Ende eines Fahrzeugs zu einem anderen übertragen oder kann die Richtung, in der sich die Ausgangswelle 455 dreht, umkehren. Die Zwischenachswelle 430 überträgt ein Drehmoment über ein Ritzel 435 zu einem Kupplungspaket 450. Falls das Kupplungspaket 450 nicht eingerückt ist, dann wird kein Drehmoment zur Ausgangswelle 455 übertragen. Der Dämpfer 440 kann für reduziertes Geräusch sorgen, wenn der PTO 410 mit einer niedrigen Drehmomentlast betrieben wird oder während das Getriebe 405 bei niedrigen Drehzahlen arbeitet.
-
5 zeigt eine mechanische Darstellung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Eine Welle 502 kann die Ausgangswelle einer Antriebsquelle oder eine Welle in einem Getriebe sein, das direkt oder indirekt an eine Antriebsquelle gekoppelt ist. Die Welle 502 ist mit einem Dämpfer 536 verbunden, der die Schwingungen der Antriebsquelle vorteilhafterweise dämpfen kann. Diese Schwingungen können bewirken, dass der Ritzeleingriff zwischen dem Antriebsritzel 504 und dem Eingangsritzel 506 insbesondere dann ein übermäßiges Geräusch erzeugen, wenn das Getriebe bei niedrigen Drehzahlen arbeitet oder wenn der PTO 538 mit einer niedrigen, an die Ausgangswelle 534 gekoppelten Drehmomentlast arbeitet. Der Dämpfer 536 überträgt ein Drehmoment zum Antriebsritzel 504, das das Drehmoment zum Eingangsritzel 506 überträgt. Das Eingangsritzel 506 ist mit einer Welle 508 verbunden, die auch mit einem Ritzel 510 verbunden ist. Ein Zwischenrad 512 kämmt mit dem Ritzel 510. Das Zwischenrad 512 ist mit einer Zwischenradwelle 514 verbunden, die auch mit dem Ritzel 516 verbunden ist, das mit dem Ritzel 518 kämmt. Das Ritzel 518 ist mit einer Welle 526 verbunden, die mit einer ersten Seite 528 einer Kupplung 532 verbunden ist. Die zweite Seite 530 nimmt selektiv die erste Seite 528 der Kupplung 532 in Eingriff, um einen Drehmomenttransfer von der Welle 526 zur Ausgangswelle 534 zu bewirken. Wenn die erste Seite 528 nicht mit der zweiten Seite 530 in Eingriff steht, wird kein Drehmoment von der Welle 526 zur Ausgangswelle 534 übertragen. Der Bediener des PTO 538 kann die Konfiguration der Kupplung 532 steuern, um Drehmoment selektiv zur Ausgangswelle 534 zu übertragen, wenn der PTO 538 betrieben wird. Die Kupplung 532 kann elektrisch, mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch gesteuert werden. Der PTO 538 kann ein Eingangssignal von einem Schalter oder einer Benutzerschnittstelle empfangen, um den Benutzer des PTO 538 mit einem Mittel auszustatten, die Konfiguration der Kupplung 532 zu ändern.
-
Die Ausgangswelle 534 kann optional Keilverzahnungen, wie in 5 dargestellt, zum Koppeln mit der PTO-Last enthalten (nicht gezeigt). Eine keilverzahnte Ausgangswelle kann verwendet werden, wobei die PTO-Last eine Hohlwelle mit Nuten enthält, die mit den Keilverzahnungen auf der Ausgangswelle 534 kämmen und diese in Eingriff nehmen können.
-
6 zeigt ein Verfahren 600 zum Dämpfen von Schwingungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 600 beginnt mit Schritt 605, bei dem eine Dämpfungskonstante eines einstellbaren Dämpfers auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird. Der vorbestimmte Wert kann auf einem während einer vorausgegangenen Ausführung des Verfahrens 600 gespeicherten Wert basieren oder kann auf einer Schwingungsfrequenz basieren, die bekannterweise zu Geräusch führt.
-
In Schritt 610 wird eine Messung der Frequenz und/oder Amplitude der Schwingungen einer oder mehrerer Komponenten eines Getriebes oder eines PTO vorgenommen. Bei Schritt 615 wird die Dämpfungskonstante des einstellbaren Dämpfers auf der Basis der Messung von Schritt 610 eingestellt. Ein in einem Schwingungssensor angeordneter Mikroprozessor kann Messungen der Schwingungsamplitude über einen Bereich von Frequenzen aufzeichnen. Der Bereich von Frequenzen kann der Bereich des menschlichen Gehörs sein, d.h. 10 Hz bis 20 kHz, oder kann ein kleinerer oder größerer Bereich von Frequenzen sein. Der Mikroprozessor oder irgendeine andere Komponente in Kommunikation mit dem Schwingungssensor kann die Dämpfungskonstante des einstellbaren Dämpfers einstellen, um die Schwingungen zu dämpfen, die bei der Frequenz auftreten, wo sich die Schwingungen mit maximaler Amplitude befinden.
-
Schritt 600 kehrt zurück zu Schritt 605, und eine neue Messung wird durchgeführt. Das Verfahren 600 kann sich auf diese Weise wiederholen, um die Schwingungen, die die größte Irritation oder den größten Schaden verursachen, wie etwa bei Frequenzen innerhalb des Bereichs des menschlichen Gehörs, d.h. 10 Hz bis 20 kHz, kontinuierlich zu dämpfen. Die Schritte 605, 610 und 615 des Verfahrens 600 können als Software oder Firmware implementiert werden, die durch einen Prozessor ausgeführt werden können, oder als Hardware.
-
Das Koppeln der Komponenten in den offenbarten Ausführungsformen kann durch mechanische, elektrische, hydraulische oder pneumatische Mittel implementiert werden. Die in den offenbarten Ausführungsformen verwendeten Ritzel können Stirnritzel, Kegelritzel, Schneckenräder, Hypoidantriebe, Planetenräder, Pfeilräder und Schrägräder beinhalten. Die Verwendung von Schrägrädern kann wegen ihrer hohen Effizienz und wegen ihres geringen Geräuschs vorteilhaft sein. Verfahren oder Prozesse können beispielsweise unter Verwendung eines Prozessors und/oder von Anweisungen oder Programmen, die in einem Speicher gespeichert sind, implementiert werden. Spezifische Komponenten der offenbarten Ausführungsformen können zusätzliche oder andere Komponenten enthalten. Ein Prozessor kann als ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller, als eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine diskrete Logik oder eine Kombination von anderen Arten von Schaltungen oder Logik implementiert werden. Analog können Speicher ein DRAM-, ein SRAM-, ein Flash- oder irgendeine andere Art von Speicher sein. Parameter, Datenbanken und andere Datenstrukturen können separat gespeichert und verwaltet werden, können in einem einzelnen Speicher oder einer einzelnen Datenbank integriert sein oder können auf viele unterschiedliche Weisen logisch und physisch organisiert sein. Programme oder Anweisungssätze können Teile eines einzelnen Programms, separate Programme oder über mehrere Speicher und Prozessoren verteilt sein.
-
Wenngleich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung viel mehr Ausführungsformen und Implementierungen möglich sind. Deshalb soll die Erfindung nicht beschränkt sein, außer angesichts der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- gedämpftes System
- 110
- Antriebsquelle
- 120
- Getriebe
- 130
- Dämpfer
- 140
- Antriebsritzel
- 145
- Grenzfläche
- 150
- PTO-Einheit
- 200
- gedämpftes System
- 210
- Antriebsquelle
- 220
- Getriebe
- 230
- Dämpfer
- 240
- Antriebsritzel
- 245
- Grenzfläche
- 250
- PTO-Einheit
- 260
- Schwingungssensor
- 300
- gedämpftes System
- 310
- Antriebsquelle
- 320
- Getriebe
- 340
- Antriebsritzel
- 345
- Grenzfläche
- 350
- PTO-Eingangsritzel
- 360
- Dämpfer
- 370
- PTO-Baugruppe
- 380
- PTO-Ausgangswelle
- 390
- PTO-Einheit
- 400
- System
- 405
- Getriebe
- 410
- PTO
- 415
- Drehmomentwandler
- 420
- Antriebsritzel
- 425
- Eingangsritzel
- 430
- Zwischenachswelle
- 440
- Dämpfer
- 450
- Kupplungspaket
- 455
- Ausgangswelle
- 502
- Welle
- 504
- Antriebsritzel
- 506
- Eingangsritzel
- 508
- Welle
- 510
- Ritzel
- 512
- Zwischenrad
- 514
- Zwischenradwelle
- 516
- Ritzel
- 518
- Ritzel
- 526
- Welle
- 528
- erste Seite
- 530
- zweite Seite
- 532
- Kupplung
- 534
- Ausgangswelle
- 536
- Dämpfer
- 538
- PTO
- 600
- Verfahren
- 605
- Schritt
- 610
- Schritt
- 615
- Schritt
