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Die Erfindung betrifft ein Schwingungsdämpfungssystem für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, umfassend ein rotierbares Bauteil und ein Band, welches zumindest partiell um das rotierbare Bauteil herumgeführt und zur Dämpfung von Drehschwingungen des rotierbaren Bauteils um dieses schlingbar ist.
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Dämpfungssysteme kommen unter anderem in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung und dienen dort der Dämpfung von Drehschwingungen, wie sie aufgrund der durch die Betriebscharakteristik einer Brennkraftmaschine hervorgerufenen Drehungleichförmigkeiten in Kombination mit im weiteren Antriebsstrang enthaltenen Trägheiten entstehen. Üblicherweise ist ein Schwingungsdämpfungssystem eines Kraftfahrzeugantriebsstranges dabei als passives System ausgestaltet, mittels welchem entsprechend der Auslegung des Systems Drehungleichförmigkeiten in bestimmten Frequenzbereichen abgedämpft werden. Vereinzelt kommen aber auch aktive Schwingungsdämpfungssysteme zur Anwendung, mittels welchen eine Dämpfwirkung nur in bestimmten Betriebssituationen oder auch gezielt bei Auftreten von Drehschwingungen in bestimmten Frequenzbereichen hervorgerufen wird.
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Aus der
JP 08 18 3372 A geht ein Schwingungsdämpfungssystem für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang hervor, bei welchem ein rotierbares Bauteil in Form eines Kupplungsteils partiell von einem Bremsband umgeben ist. Das Schwingungsdämpfungssystem ist hierbei nach Art einer Bandbremse ausgestaltet, indem das Bremsband endseitig festgesetzt ist und mit einem Stellaktuator in Verbindung steht, über welchen das Bremsband um den Kupplungsteil geschlungen und dabei an diesen angepresst werden kann. Im Zuge des Anpressens des Bremsbandes wird dann ein Abbremsen des Kupplungsteils hervorgerufen, wobei dies über den Stellaktuator gezielt zu Zeitpunkten von Getriebeschaltungen in einem Kraftfahrzeuggetriebe hervorgerufen wird, um Stöße und entsprechende Drehschwingungen im Antriebsstrang zu reduzieren.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schwingungsdämpfungssystem zu schaffen, mittels welchem eine möglichst optimale Dämpfung von Drehschwingungen realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei welchem ein erfindungsgemäßes Dämpfungssystem zur Anwendung kommt, geht ferner aus Anspruch 7 hervor. Schließlich ist ein Verfahren zum Betreiben eines Schwingungsdämpfungssystems Gegenstand der Ansprüche 8 bis 10.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Schwingungsdämpfungssystem für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang ein rotierbares Bauteil und ein Band, welches zumindest partiell um das rotierbare Bauteil herumgeführt und zur Dämpfung von Drehschwingungen des rotierbaren Bauteils um dieses schlingbar ist. Im Sinne der Erfindung handelt es sich bei dem rotierbaren Bauteil bevorzugt um eine Welle des jeweiligen Antriebsstranges, es kann sich jedoch ebenso gut um ein anderweitiges, im Zuge des Betriebs des Antriebsstranges eine Drehbewegung ausführendes Bauteil handeln, wie beispielsweise den Teil einer Kupplung.
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Des Weiteren ist unter einem „Band“ im Rahmen der Erfindung ein flexibles, um das rotierbare Bauteil herumgeführtes Element zu verstehen, bei welchem es sich um ein Riemenstück handeln kann. Dabei sollte dieses Band aus einem geeigneten Material bestehen, so dass bei Umschlingung des rotierbaren Bauteils trotz der Relativdrehzahlen zwischen dem rotierbaren Bauteil und dem Band ein möglichst geringer Verschleiß auftritt. Zugleich sollten bei Umschlingung ausreichend große Reibkräfte zwischen den Kontaktpartnern erzeugbar sein.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass dem Band mehrere Stellaktuatoren zugeordnet sind, über welche jeweils einzeln oder gemeinsam die Umschlingung des rotierbaren Bauteils mit dem Band einstellbar ist, um eine Drehbewegung des rotierbaren Bauteils zu beeinflussen. Mit anderen Worten sind bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungssystem also mehrere Stellaktuatoren vorgesehen, die mit dem Band jeweils in Wirkverbindung stehen und im Einzelnen oder in Kombination miteinander das Umschlingen des rotierbaren Bauteils mit dem Band einstellen können. Entsprechend der Gestaltung der Umschlingung wird dann eine Drehbewegung des rotierbaren Bauteils entsprechend beeinflusst.
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Eine derartige Ausgestaltung eines Schwingungsdämpfungssystems hat den Vorteil, dass sich durch entsprechend aufeinander abgestimmte Betätigung der Stellaktuatoren unterschiedlichste Arten der Beeinflussung einer Drehbewegung des rotierbaren Bauteils realisieren lassen. So kann entsprechend der Ansteuerung der einzelnen Stellaktuatoren neben einem Umschlingen und Anpressen des Bands an das rotierbare Bauteil auch eine Bewegung des Bands realisiert werden, durch welche eine in Drehrichtung orientierte Bewegung des Bands dargestellt wird, die bei Anpressen an das rotierbare Bauteil im Endeffekt eine Beschleunigung des Bauteils hervorruft. Insgesamt kann also durch Zusammenwirken des Bands mit mehreren Stellaktuatoren neben einem Abbremsen des rotierbaren Bauteils auch ein Beschleunigen desselbigen hervorgerufen werden, so dass Drehschwingungen in beiden Drehrichtungen entgegengewirkt werden kann.
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Hingegen ist im Falle der
JP 08 18 3372 A über den einen Stellaktuator lediglich ein Anpressen des Bremsbandes an das rotierbare Bauteil erzeugbar, so dass auch lediglich ein Abbremsen des rotierbaren Bauteils dargestellt werden kann, während ein Beschleunigen des Bauteils über das Band nicht realisierbar ist.
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Erfindungsgemäß sind bei dem Schwingungsdämpfungssystem bevorzugt zwei Stellaktuatoren vorgesehen, die jeweils mit dem Band im Bereich je eines von dessen Enden in Wirkverbindung treten. Es ist jedoch prinzipiell auch denkbar, mehrere Aktuatoren vorzusehen und diese dann auch an anderen Stellen als den Enden des Bands vorzusehen. Maßgeblich ist dabei nur, dass die Stellaktuatoren an der jeweiligen Stelle das Umschlingen des rotierbaren Bauteils mit dem Band beeinflussen können. Die Umschlingung des rotierbaren Bauteils mit dem Band kann dabei je nach Orientierung der jeweils abzudämpfenden Drehschwingung, d.h. je nachdem, ob die Drehschwingung für ein ungewolltes Beschleunigen oder Abbremsen des Bauteiles sorgt und dementsprechend durch das Schwingungsdämpfungssystem ein Abbremsen bzw. ein Beschleunigen darzustellen ist, über einen einzelnen Stellaktuator oder eben aber über mehrere Stellaktuatoren gemeinsam beeinflusst werden.
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Besonders bevorzugt kommt das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungssystem in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang zur Anwendung und dient dort als aktives Dämpfungssystem der Kompensierung von insbesondere durch eine Brennkraftmaschine hervorgerufenen Drehungleichförmigkeiten. Dabei kann das Schwingungsdämpfungssystem alternativ oder auch ergänzend zu passiven Dämpfungssystemen, wie beispielsweise einem Zweimassenschwungrad, zur Anwendung kommen. Alternativ dazu kann das Schwingungsdämpfungssystem aber auch bei anderweitigen Antriebssträngen, wie beispielsweise Antriebssträngen von Werkzeugmaschinen vorgesehen sein. So können beispielsweise bei Drehbänken mit Hilfe des aktiv wirksamen Schwingungsdämpfungssystems Drehungleichförmigkeiten deutlich reduziert werden, welche ansonsten die Bearbeitungsqualität des jeweiligen Werkstückes mindern.
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Erfindungsgemäß wird das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungssystem dann derartig betrieben, dass über die Stellaktuatoren jeweils auf das Band eingewirkt und hierdurch die Umschlingung des rotierbaren Bauteils mit dem Band beeinfluss wird. In Weiterbildung der Erfindung wird dann ein Abbremsen des rotierbaren Bauteils dargestellt, indem das Band durch zumindest einen der Stellaktuatoren an das rotierbare Bauteil angepresst wird. Besonders bevorzugt agieren die mehreren Stellaktuatoren hierbei aber gemeinsam, um das besagte Anpressen an das rotierbare Bauteil zu realisieren und dieses in seiner Drehbewegung abzubremsen. Der Abbremsvorgang wird dabei gezielt zu Betriebssituationen des Bauteils eingeleitet, bei welchen ansonsten durch Drehungleichförmigkeiten ein ungewolltes Beschleunigen des Bauteiles über eine Zieldrehzahl hinaus hervorgerufen werden würde.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Beschleunigen des rotierbaren Bauteils durch das Band hervorgerufen, indem in einem abfolgenden Zyklus zunächst über die Stellaktuatoren ein Abheben des Band vom Bauteil hervorgerufen wird, wobei das Band daraufhin durch die Stellaktuatoren entgegen einer Drehrichtung des rotierbaren Bauteils bewegt und anschließend über die Stellaktuatoren an das rotierbare Bauteil angepresst wird. Schließlich wird das Band über die Stellaktuatoren in Richtung der Drehrichtung des rotierbaren Bauteils bewegt und dieses hierdurch beschleunigt. Dabei wird die Ansteuerung der Stellaktuatoren entsprechend dem vorgenannten Zyklus eingeleitet, wenn das rotierbare Bauteil im Zuge seiner Drehbewegung durch Drehungleichförmigkeiten ungewollt unter eine Zieldrehzahl abgebremst werden würde. Die Stellaktuatoren sind hierbei jeweils so anzusteuern und zu regeln, dass im Zuge der Einwirkung auf das Band kein ungewolltes Abbremsen des rotierbaren Bauteiles hervorgerufen und dementsprechend durch das Band selbst ungewollte Drehungleichförmigkeiten in das Bauteil eingeleitet werden.
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In Weiterbildung der Erfindung liegen die Stellaktuatoren als zwei linear wirkende Stellaktuatoren vor, die jeweils mit je einem zugehörigen Ende des Bands verbunden sind und über welche jeweils zum einen Zug- und zum anderen Druckkräfte endseitig in das Band eingeleitet werden können. Die beiden Stellaktuatoren sind also jeweils an je einem Ende des Bands angeordnet und können dort entweder Zugkräfte oder Druckkräfte einleiten, indem sie das Band eben entweder weiter zu sich ziehen oder einer Bewegung des Bands nachgeben. Besonders bevorzugt liegen die Stellaktuatoren dabei als Piezoaktuatoren vor, wobei alternativ dazu auch hydraulische Stellaktuatoren Anwendung finden können. Piezoaktuatoren haben allerdings den Vorteil, dass bei diesen bei Ansteuerung bei sehr geringer Verzögerung eine Stellbewegung hervorgerufen wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung ist mindestens eine Sensorik vorgesehen, über welche ein jeweilige Position der Stellaktuatoren und/oder eine jeweilige Kraft der Stellaktuatoren und/oder eine Drehzahl des rotierbaren Bauteils erfasst werden kann. Insbesondere werden dabei alle drei vorgenannten Parameter überwacht, so dass ein Abbremsen oder Beschleunigen des Bands über die Stellaktuatoren genau zu den richtigen Betriebssituationen eingeleitet werden kann. Hierdurch kann zuverlässig ausgeschlossen werden, dass über das Band selbst ungewollte Drehungleichförmigkeiten in den jeweiligen Antriebsstrang eingebracht werden.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Stellaktuatoren jeweils mit einem Steuergerät verbunden, wobei es sich bei diesem Steuergerät im Falle der Anwendung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang um ein Motor- oder auch ein Getriebesteuergerät handeln kann. Es kommen jedoch in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang prinzipiell auch anderweitige Steuergeräte für eine Steuerung des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungssystems in Frage.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt ein Umschlingungswinkel des Bands um das rotierbare Bauteil 180°. Es können jedoch prinzipiell auch größere oder auch kleinere Umschlingungswinkel realisiert werden, wobei dabei stets eine ausreichend große Umschlingung für die Darstellung ausreichend großer Reibkräfte zwischen dem umschlingenden Band und dem rotierbaren Bauteil verwirklicht werden muss. Ggf. kann das Band auch mehrmals und axial nebeneinanderliegend um das rotierbare Bauteil herumgeführt sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Schwingungsdämpfungssystems entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung des Schwingungsdämpfungssystems aus 1, gezeigt bei einem Abbremsen eines rotierbaren Bauteils; und
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3 bis 6 schematische Einzelansichten des Schwingungsdämpfungssystems aus 1, gezeigt in der Abfolge eines Beschleunigens des rotierbaren Bauteils.
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Aus 1 geht eine schematische Darstellung eines Schwingungsdämpfungssystems 1 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, wobei dieses Schwingungsdämpfungssystem 1 dabei bevorzugt für die Anwendung in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten vorgesehen ist, wie sie aufgrund der Betriebscharakteristik einer Brennkraftmaschine entstehen.
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Wie in 1 zu erkennen ist, umfasst das Schwingungsdämpfungssystem ein rotierbares Bauteil 2 und ein um das Bauteil 2 herumgeführtes Band 3, das an seinen beiden Enden jeweils mit je einem Stellaktuator 4 bzw. 5 verbunden ist. Bei dem rotierbaren Bauteil 2 handelt es sich bevorzugt um eine Welle des Kraftfahrzeugantriebsstranges, während das Band 3 im vorliegenden Fall als diese Welle partiell umgebendes Riemenstück ausgestaltet ist. Das Bauteil 2, d. h. die Welle, rotiert im Betrieb in Richtung der durch den Pfeil angedeuteten Drehrichtung 6 und wird durch das Band mit einem Umschlingungswinkel von etwa 180° umschlungen.
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Über die Stellaktuatoren 4 und 5, welche im vorliegenden Fall als linear wirkende Aktuatoren in Form von Piezoaktuatoren ausgeführt sind, können in das jeweils hieran angebundene Ende des Bands 3 je nach Ansteuerung zum einen Zugkräfte und zum anderen Druckkräfte eingeleitet werden, um das Umschlingen des Bauteiles 2 mit dem Band 3 zu beeinflussen. Eine Ansteuerung der Stellaktuatoren 4 und 5 wird dabei über ein Steuergerät 7 vorgenommen, bei welchem es sich um ein Motorsteuergerät, ein Getriebesteuergerät oder auch ein anderes Steuergerät des Kraftfahrzeugantriebsstranges handeln kann.
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Um die Stellaktuatoren 4 und 5 so regeln zu können, dass ungewollte Drehschwingungen des rotierbaren Bauteils 2 durch entsprechende Umschlingung mit dem Band 3 abgebaut werden, steht das Steuergerät 7 mit mehreren Sensoriken 8, 9 und 10 in Verbindung, von welchen über die Sensoriken 8 und 10 jeweils aktuelle Positionen des jeweiligen Stellaktuators 4 bzw. 5, sowie eine jeweils aktuelle Kraft des jeweiligen Stellaktuators 4 bzw. 5 erfasst werden, während die Sensorik 9 eine Drehzahl des rotierbaren Bauteils 2 ermittelt.
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Über das Schwingungsdämpfungssystem 1 kann nun zum einen ein gezieltes Abbremsen des Bauteiles 2 zur Dämpfung von das Bauteil 2 über eine Zieldrehzahl hinaus beschleunigenden Drehschwingungen, sowie zum anderen ein gezieltes Beschleunigen des Bauteiles 2 zur Dämpfung von das Bauteil 2 unter eine Zieldrehzahl abbremsenden Drehschwingungen dargestellt werden. Dabei wird das Abbremsen bzw. das Beschleunigen durch entsprechendes Umschlingen des rotierbaren Bauteils 2 mit dem Band 3 realisiert, wobei der jeweilige Vorgang dabei durch das Steuergerät 7 bei gleichzeitiger Überwachung der Drehzahl des Bauteils 2 über die Sensorik 9 durchgeführt wird.
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In 2 ist ein Abbremsen des Bauteils 2 durch das Band 3 stark schematisch dargestellt, wie es durchgeführt wird, wenn Drehschwingungen im Kraftfahrzeugantriebsstrang aktuell für ein ungewolltes Beschleunigen über eine Zieldrehzahl hinaus sorgen. Für das Abbremsen wird durch das – vorliegend in 2 nicht dargestellte – Steuergerät 7 auf die beiden Stellaktuatoren 4 und 5 eingewirkt, die daraufhin jeweils eine lineare Bewegung ausführen und das Band 3 mit Zugkräften Fz1 und Fz2 beanspruchen, was letztendlich für ein Anpressen desselbigen an das rotierbare Bauteil 2 sorgt. Hierdurch wird das Bauteil 2 in seiner Drehbewegung abgebremst.
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Hingegen kann ein Beschleunigen des rotierbaren Bauteiles 2 durch eine aus den 3 bis 6 hervorgehende, aufeinanderfolgende Betätigung der beiden Stellaktuatoren 4 und 5 realisiert werden. Dieses Beschleunigen wird dabei gezielt über das – in den 3 bis 6 ebenfalls nicht weiter illustrierte – Steuergerät 7 eingeleitet, wenn Drehschwingungen im Kraftfahrzeugantriebsstrang eine ungewollte Verzögerung unterhalb einer jeweils gewünschten Zieldrehzahl hervorrufen würden.
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Dabei wird im Rahmen eines ersten, aus 3 hervorgehenden Schritts durch entsprechende Ansteuerung der Stellaktuatoren 4 und 5 ein Abheben des Bands 3 vom Bauteil hervorgerufen, indem die Stellaktuatoren 4 und 5 jeweils Druckkräfte FD1 und FD2 in das Band 3 einleiten. In einem hierauf folgenden und in 4 zu sehenden Schritt wird das Band 3 dann entgegen der Drehrichtung 6 des Bauteils 2 bewegt, indem durch den Stellaktuator 4 eine Zugkraft Fz1 und durch den Stellaktuator 5 weiterhin eine Druckkraft FD2 in das Band 3 eingeleitet wird. Hierauf folgend wird das Band 3 dann, wie aus 5 zu erkennen ist, an das Bauteil 2 angepresst, um eine Übertragung eines Moments vom Band 3 auf das Bauteil 2 zu ermöglichen. Hierzu leitet nun auch der Stellaktuator 5, ebenso wie der Stellaktuator 4, je eine Zugkraft Fz1 und Fz2 in das Band 3 ein. Schließlich wird das Bauteil 2 in Drehrichtung 6 beschleunigt, indem durch den Stellaktuator 4 durch entsprechende Längenänderung eine Druckkraft FD1 in das Band 3 eingeleitet und dieses bedingt durch die nach wie vor stattfindende Einleitung einer Zugkraft Fz2 über den Stellaktuator 5 in Drehrichtung 6 bewegt wird. Hierbei wird das Bauteil 2 entsprechend mitgenommen und hierdurch beschleunigt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Schwingungsdämpfungssystems können Drehschwingungen durch Darstellung von Abbrems-, sowie Beschleunigungsvorgängen gedämpft werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfungssystem
- 2
- Bauteil
- 3
- Band
- 4
- Stellaktuator
- 5
- Stellaktuator
- 6
- Drehrichtung
- 7
- Steuergerät
- 8
- Sensorik
- 9
- Sensorik
- 10
- Sensorik
- Fz1, Fz2
- Zugkräfte
- FD1, FD2
- Druckkräfte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 08183372 A [0003, 0010]
