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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer mit einem drehangetriebenen Eingangsteil und einem gegenüber diesem entgegen der Wirkung eines Energiespeichers begrenzt verdrehbar aufgenommenen Ausgangsteil.
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Drehschwingungsdämpfer kommen insbesondere in Antriebssträngen zwischen der drehschwingungsbehafteten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe zum Einsatz. Hierbei ist zwischen einem mit der Kurbelwelle verbundenen Eingangsteil und einem gegenüber diesem begrenzt verdrehbaren Ausgangsteil eine in Umfangsrichtung wirksame als Energiespeicher dienende Federeinrichtung vorgesehen, die Drehmomentspitzen zwischenspeichert und zeitverzögert wieder abgibt. Zur Verbesserung der Dämpfungswirkung kann dem Eingangsteil eine Primärschwungmasse und dem Ausgangsteil eine Sekundärschwungmasse zugeordnet sein, so dass ein geteiltes Schwungrad wie Zweimassenschwungrad gebildet wird. Beispielsweise ist aus der
DE 36 10 127 A1 ein Zweimassenschwungrad mit einem Primärteil und einem gegenüber diesem entgegen der Wirkung von Federn begrenzt verdrehbares Sekundärteil bekannt, wobei ein zwischen Primärteil und Sekundärteil vorgesehener Spalt mit einer hochviskosen Flüssigkeit befüllt ist, um eine viskose Dämpfung zu erzielen.
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Desweiteren ist aus der
DE 10 2013 200 295 A1 ein Drehschwingungstilger bekannt, bei dem eine Tilgermasse gegenüber einem Scheibenteil begrenzt verdrehbar angeordnet ist, wobei das Scheibenteil einen Ringraum ausbildet, indem die Tilgermasse in einem Hydraulikfluid begrenzt um die Drehachse des Scheibenteils verdrehbar angeordnet ist, wobei das Hydraulikfluid eine hydraulische Dämpfung der Verdrehbewegung der Tilgermasse bildet.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Drehschwingungsdämpfers zur Verbesserung dessen Kennlinie unter Zugrundelegung einer hydraulischen Dämpfung.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer enthält ein drehangetriebenes Eingangsteil, beispielsweise eine Primärschwungmasse und ein gegenüber diesem begrenzt verdrehbar, beispielsweise auf diesem gelagertes Ausgangsteil. Das Ausgangsteil kann eine Sekundärschwungmasse enthalten oder drehschlüssig mit einer ebensolchen gekoppelt sein. Der Drehschwingungsdämpfer eignet sich beispielsweise als Torsionsschwingungsdämpfer zur Reduzierung der Momentungleichförmigkeit in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Personenwagen und Nutzfahrzeugen. Der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer kann als separate Baueinheit in den Drehmomentpfad wie Kraftfluss des Antriebsstrangs eingereiht oder beispielsweise in einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, eine Doppelkupplung, Anfahrkupplung, Lastschaltkupplung und dergleichen integriert sein und mit diesen ein Aggregat zur Drehmomentübertragung bilden. Der Energiespeicher ist dabei aus zumindest einem, in einem ersten, abhängig von einem Verdrehwinkel zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil zwangsweise veränderten Fluidvolumen aufgenommenen Fluid gebildet. Hierbei verfügt der Drehschwingungsdämpfer über Fluidverdränger, über die das Moment geleitet und dabei ein Fluidvolumen verdichtet wird. Neben dem das Fluid umgebenden Gehäuse wirkt primär die Kapazität des Fluids als Feder.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das zumindest eine erste Fluidvolumen, beispielsweise zwei diametral gegenüberliegende erste Fluidvolumina, in dem Eingangsteil aufgenommen: Hierzu können in dem Eingangsteil beispielsweise aus Blech mittels Stanz- und Umformverfahren hergestellte, abgedichtete, beispielsweise dicht verschweißte Ringräume vorgesehen sein, wobei das zumindest eine erste Fluidvolumen von einer Kolbeneinrichtung abhängig von einem Verdrehwinkel zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil beaufschlagt ist. Die Kolbeneinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass verdrehwinkelabhängig eine Beaufschlagung des zumindest einen ersten Fluidvolumens durch Komprimierung des Fluids erfolgt. Das Fluid ist bevorzugterweise aus Öl gebildet, kann aber auch gasförmig sein oder aus Wasser, Öl- und/oder Wassermischungen, Lösungen, Suspensionen und Emulsionen gebildet sein.
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Die Kolbeneinrichtung kann beispielsweise zumindest einen das Fluid beaufschlagenden, von Gelenkverbindungen des Eingangsteils und des Ausgangsteils betätigten Kolben enthalten. Zusätzlich kann die Kolbeneinrichtung zumindest einen das Fluid beaufschlagenden Kolben enthalten, an dem beispielsweise eine von einer Kolbenpumpe beispielsweise durch Leckagen verlorenes Fluid nachgeführt wird.
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Zur Verbesserung der Anpassung der Kennlinie der Steifigkeit beziehungsweise der Kapazität des Drehschwingungsdämpfers gegen den Verdrehwinkel zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil wird vorgeschlagen, dem zumindest einen ersten Fluidvolumen zumindest ein zweites, durch zumindest ein schaltbares Ventil getrenntes, zweites Fluidvolumen nachzuschalten. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das zumindest eine zweite Fluidvolumen in Reihe zu dem zumindest einen ersten Fluidvolumen auf demselben Durchmesser angeordnet sein. Bevorzugt sind zwei einander diametral gegenüberliegende zweite Fluidvolumina vorgesehen. Die ersten und zweiten Volumina können auch radial übereinander angeordnet sein. Mittels eines die beiden Fluidvolumina trennenden beziehungsweise verbindenden Ventils kann ein Drehschwingungsdämpfer vorgesehen werden, dessen Kennlinie dem Betriebspunkt angepasst werden kann. Bei hohen Momentenbelastungen ist dessen Steifigkeit höher und bei niedrigen Belastungen ist die Steifigkeit geringer, indem bei hohen Momentenbelastungen lediglich das zumindest eine Fluidvolumen zur Verfügung gestellt wird, das Ventil also geschlossen ist, und bei geringeren Momentenbelastungen ein größerer Verdrehwinkel mit weicherer Kennlinie, also verringerter Steifigkeit und höherer Kapazität eingestellt wird, indem das Ventil zwischen den Fluidvolumina geöffnet wird. Hierdurch wird bei geringeren Momentenbelastungen eine bessere Dämpfung und daher ein höherer Komfort erzielt.
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Hierbei kann das zumindest eine schaltbare Ventil als selbsttätig schaltendes Ventil, beispielsweise als Druckventil oder als von außerhalb der Fluidvolumina gesteuertes Ventil, beispielsweise als Schaltventil ausgebildet sein. Eine Schaltung des schaltbaren Ventils kann beispielsweise telemetrisch und kontaktlos mittels eines Steuergeräts oder durch bei einem vorgegebenen Verdrehwinkel wirksamen Schaltanschlag des Drehschwingungsdämpfers erfolgen. Alternativ kann das Schaltventil proportional von dem Steuergerät oder über eine Schaltrampe zum Verdrehwinkel geöffnet werden.
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Die Steifigkeit des Drehschwingungsdämpfers kann durch eine Elastizität des Fluids durch Einstellung dessen Kompressibilität erfolgen, indem beispielsweise ein gasförmiges Fluid oder gashaltiges wie lufthaltiges Fluid verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest ein Teil der die Fluidvolumina bildenden Wände elastisch ausgebildet sein. Hierbei kann eine Elastizität des verwendeten Werkstoffs, beispielsweise Blech bereits ausreichend sein, um die geforderte Steifigkeit einzustellen. Hierzu kann die Blechstärke der Wände entsprechend vorgegeben werden.
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Der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer enthält mit anderen Worten Fluidvolumina, die sich im Kraftfluss zwischen dem drehungleichförmigen Antrieb und dem drehschwingungsreduzierten Abtrieb befinden. Ein Teil der Antriebsleistung wird zur Kompression des Fluids verwendet, die zeitversetzt nach der Hälfte der Schwingungsperiode wieder der Antriebsleistung zugeführt wird. Die Ungleichförmigkeit der Drehbewegung eines Verbrennungsmotors tritt über einem festen Winkelbereich auf, besitzt aber eine unterschiedlich hohe Amplitude. Einstufige Drehschwingungsdämpfer weisen jedoch einen festen Zusammenhang der Kapazität zwischen der Amplitude einer Momentüberhöhung und dem Verdrehwinkel auf. Ist die Amplitude der Momentüberhöhung klein, so kann ein Drehschwingungsdämpfer mit nur einer Dämpferstufe nicht die gesamte Momentüberhöhung ausgleichen, weil sein Verdrehwinkel zu klein ist, das heißt, dessen Steifigkeit zu groß ist.
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Der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer besitzt in bevorzugter Weise zwei mittels eines Ventils getrennte Fluidvolumina. Bei dieser Ausführungsform öffnet bei dem beschriebenen Dämpfer ein Ventil und vergrößert das Fluidvolumen und damit die Kapazität des Drehschwingungsdämpfers. Der Drehschwingungsdämpfer erhält dadurch eine geringere Steifigkeit, wird also „weicher“ und ermöglicht auch bei kleineren Amplituden einen großen Verdrehwinkel. Aus der entgegen gesetzten Betrachtungsweise sind die ersten und zweiten Fluidvolumina miteinander über das geöffnete Ventil verbunden. Hierdurch ist der Drehschwingungsdämpfer auf eine geringe Steifigkeit und große Kapazität, also „weich“ eingestellt. Liegt ein hohes Moment mit großen Momentüberhöhungen wie Drehungleichförmigkeiten an, wäre dessen Steifigkeit zu gering und er würde gegen einem mechanischen Anschlag gedreht. Um diesen unerwünschten Fall zu vermeiden, wird die Steifigkeit mit der Reduzierung des effektiven Volumens durch Schließen des Ventils reduziert.
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Das Fluid kann durch seine Kapazität und/oder mit der Nachgiebigkeit des die Fluidvolumina bildenden Gehäuses die Energie aufnehmen und speichern.
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Ein Druckventil ist so ausgeführt, dass es bei geringem Druck die ersten und zweiten Fluidvolumina miteinander verbindet und die Kapazität so vergrößert. Alternativ kann auch ein Wegeventil verwendet werden, welches durch einen Elektromagneten angesteuert werden kann, um die beiden Volumina miteinander zu verbinden.
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Ein Fluidverdränger zur verdrehwinkelabhängigen Verdrängung von Fluid in den Fluidvolumina mit einer entsprechenden Kraftumlenkung kann beispielsweise als Kolbeneinrichtung oder dergleichen ausgebildet sein.
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Zusammenfassend ausgedrückt kann der Drehschwingungsdämpfer grundsätzlich im Antriebsstrang von Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen mit Drehungleichförmigkeiten, beispielsweise Fahrzeugen mit Dieselmotoren und verringerter Zylinderanzahl eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein derartiger Drehschwingungsdämpfer auch in Leistungsverzweigung mit bekannten Feder-Masse-Tilgern oder -Dämpfern vorgesehen sein. Durch die veränderte gegebenenfalls mehrstufige Kennlinie ist es möglich, die Tilgungsfrequenz besonders vorteilhaft der jeweiligen Fahrsituation anzupassen. Vorzugsweise findet der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer Anwendung in einem geschlossenen Gehäuse, beispielsweise einem mit Fluid befüllten Getriebegehäuse, Wandlergehäuse und dergleichen. Hierbei kann in den Fluidvolumina des Drehschwingungsdämpfers dasselbe Fluid vorgesehen sein, so dass bei Leckage der Fluidvolumina des Drehschwingungsdämpfers Fluid des Gehäuses in die Fluidvolumina zurückgefördert werden kann.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Drehschwingungsdämpfers mit aus einem Fluid gebildeten Energiespeicher
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2 ein Detail eines gegenüber dem Drehschwingungsdämpfer der 1 abgeänderten Drehschwingungsdämpfers mit Schaltventil in schematischer Darstellung.
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung den um die Drehachse d verdrehbaren Drehschwingungsdämpfer 1 mit dem Eingangsteil 2 und dem Ausgangsteil 3. An dem Außenumfang des Eingangsteils 2 sind die von den Wänden 4, 5 umschlossenen ersten Fluidvolumina V1 und zweiten Fluidvolumina V2 ausgebildet. Zwischen den Fluidvolumina V1, V2 sind Trennwände 6 und Ventile 7, hier Druckventile 8 vorgesehen. Die Fluidvolumina V1 sind jeweils durch die Fluidverdränger 9, die hier aus den Kolbeneinrichtungen 10, 11 gebildet sind, abhängig von dem Verdrehwinkel zwischen Eingangsteil 2 und Ausgangsteil 3 abhängig beaufschlagbar, so dass sich deren Volumen mit dem Verdrehwinkel abnehmend ändert. Durch Kompression des in den Fluidvolumina V1, V2 aufgenommenen Fluids 12 und/oder die Elastizität der Wände 4, 5, wird die durch die Kolben 13, 14 der Kolbeneinrichtungen 10, 11 eingetragene Energie bei Momenterhöhungen gespeichert und anschließend wieder an den Drehschwingungsdämpfer 1 abgegeben. Die Verlagerung des Kolbens 13 erfolgt mittels der Gelenkverbindung 15, die einerseits an dem Eingangsteil 2 und andererseits an dem Ausgangsteil 3 wirksam angeordnet ist und den Kolben 13 bei einer Erhöhung des Verdrehwinkels nach radial außen verlagert. Der Kolben 14 wird in derselben Weise von der Gelenkverbindung 19 verlagert. Zusätzlich ist beispielsweise an diesem Kolben 14 die auch an dem anderen Kolben 13 einsetzbare Kolbenpumpe 16 vorgesehen. Deren Kolben 17 ist verdrehbar und radial fest an dem Drehschwingungsdämpfer 1 aufgenommen ist, während deren Gehäuse 18 mittels der an dem Eingangsteil 2 und an dem Ausgangsteil 3 Gelenkverbindung 19 abhängig vom Verdrehwinkel von Eingangsteil 2 und Ausgangsteil 3 radial verlagert wird. Durch den in der Kolbenkammer 20 aufgebauten Druck wird eine Leckage des Kolbens 14 ausgeglichen.
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Bei geöffneten Druckventilen 8 stehen der Verdrängung des Fluids 12 beide Fluidvolumina V1, V2 zur Verfügung. Die Druckventile 8 schließen bei Überschreitung eines vorgegebenen Drucks. Dies bedeutet, dass bei kleinen Verdrehwinkeln und damit geringen, zu übertragenden Momenten eine hohe Dämpfungskapazität des Fluids 12 und/oder der Wände 4, 5 zur Verfügung steht. Bei hohen zu übertragenden Momenten schließen die Druckventile 8, so dass nur die Fluidvolumina V1 zur elastischen Dämpfung zur Verfügung stehen und der Drehschwingungsdämpfer 1 eine hohe Steifigkeit und eine verringerte Kapazität aufweist.
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Die 2 zeigt in Abänderung zu dem Drehschwingungsdämpfer 1 der 1 den in Teilansicht schematisch dargestellten Drehschwingungsdämpfer 1a. Im Unterschied zum Drehschwingungsdämpfer 1 weist der Drehschwingungsdämpfer 1a Ventile 7a zur Trennung der Fluidvolumina V1, V2 auf, die als Schaltventile 8a ausgebildet sind. Die Schaltventile 8a sind von außerhalb der Fluidvolumina V1, V2 gesteuert, beispielsweise mittels eines Elektromagneten, so dass unabhängig vom Verdrehwinkel zwischen Eingangsteil 2 und Ausgangsteil 3 (entsprechend 1) die Kapazität und die Steifigkeit des Drehschwingungsdämpfers 1a einstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 1a
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Eingangsteil
- 3
- Ausgangsteil
- 4
- Wand
- 5
- Wand
- 6
- Trennwand
- 7
- Ventil
- 7a
- Ventil
- 8
- Druckventil
- 8a
- Schaltventil
- 9
- Fluidverdränger
- 10
- Kolbeneinrichtung
- 11
- Kolbeneinrichtung
- 12
- Fluid
- 13
- Kolben
- 14
- Kolben
- 15
- Gelenkverbindung
- 16
- Kolbenpumpe
- 17
- Kolben
- 18
- Gehäuse
- 19
- Gelenkverbindung
- 20
- Kolbenkammer
- d
- Drehachse
- V1
- Fluidvolumen
- V2
- Fluidvolumen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3610127 A1 [0002]
- DE 102013200295 A1 [0003]
