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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gedämpften Antriebswellenanordnung.
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HINTERGRUND
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Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit, die nicht unbedingt Stand der Technik darstellen.
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Die Abnehmer von modernen Kraftfahrzeugen werden in ihren Kaufentscheidungen und in ihren Meinungen bezüglich der Qualität eines Fahrzeuges zunehmend von ihrer Zufriedenheit mit der Fahrzeug-Klangqualität beeinflusst. Diesbezüglich erwarten Abnehmer zunehmend, dass das Innere des Fahrzeuges leise und frei von Lärm von dem Triebwerk und dem Antriebsstrang ist. Demzufolge stehen Fahrzeughersteller und ihre Lieferanten unter ständigem Druck, Geräusche zu vermindern, um die zunehmend erhöhten Erwartungen von Abnehmern zu erfüllen.
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Antriebsstrangkomponenten und ihre Integration in ein Fahrzeug spielen in der Regel eine bedeutende Rolle für die Klangqualität eines Fahrzeuges, da sie die Störfunktion bereitstellen können, welche die spezifischen Antriebsstrang-, Fahrwerksfederungs- und Karosserieresonanzen anregt, sodass Lärm erzeugt wird. Da dieser Lärm von klanglicher Beschaffenheit sein kann, wird er üblicherweise unabhängig von anderen Lärmpegeln von den Insassen eines Fahrzeuges sofort bemerkt. Übliche Antriebsstrang-Anregungsquellen können eine Antriebsstrang-Unwuchten und/oder -laufabweichung, Schwankungen im Motordrehmoment, Motorleerlaufrütteln und eine Bewegungsabweichung in den ineinandergreifenden Zahnradzähnen des Hypoidradsatzes (d.h. des Planetenrades und des Hohlrades einer Differenzialanordnung) umfassen.
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Eine Bewegungsabweichung ist die geringfügige Abweichung in der Winkelverschiebung zwischen den Antriebs- und Abtriebszahnrädern eines Zahnradsatzes. Diese Abweichung ist in der Regel sehr klein und kann für eine moderne Kraftfahrzeugdifferenzialanordnung in der Größenordnung von Zehnmillionsteln eines Zolls (tangential an der Wälzlinie des Zahnrades gemessen) liegen. Eine Bewegungsabweichung ist in der Regel nicht konstant (sie wird z.B. in der Regel als eine Funktion einer Belastung, einer Temperatur, einer Zahnradsatz-Aufbauposition und eines Einlaufverschleißes variieren), und sie kann überdies nicht ohne ernsthafte wirtschaftliche Nachteile über bestimmte Niveaus hinaus verringert werden.
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Antriebswellen werden in der Regel verwendet, um eine Drehkraft in einem Antriebsstrang zu übertragen. Moderne Kraftfahrzeug-Antriebswellen sind üblicherweise aus einem relativ dünnwandigen Stahl- oder Aluminiumrohr gebildet und können als solche empfänglich für verschiedene Antriebsstrang-Anregungsquellen sein. Die verschiedenen Anregungsquellen können in der Regel bewirken, dass die Antriebswelle in einem Biege(seitlichen)-Modus, einem Torsionsmodus und einem Schalenmodus schwingt. Die Biegemodus-Schwingung ist ein Phänomen, bei dem Energie in Längsrichtung entlang der Welle übertragen wird und bewirkt, dass sich die Welle an einer oder mehreren Stellen biegt. Die Torsionsmodus-Schwingung ist ein Phänomen, bei dem Energie tangential durch die Welle hindurch übertragen wird und bewirkt, dass sich die Welle verdreht. Die Schalenmodus-Schwingung ist ein Phänomen, bei dem eine stehende Welle in Umfangsrichtung um die Welle herum übertragen wird und bewirkt, dass sich der Querschnitt der Welle entlang einer oder mehrerer Achsen verbiegt oder biegt.
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Es wurden mehrere Techniken eingesetzt, um Schwingungen in Antriebswellen abzuschwächen, einschließlich der Verwendung von Gewichten und Einsätzen. Das an Swennes erteilte
U.S.-Patent Nr. 2,001,166 offenbart z.B. die Verwendung eines Paares einzelner Stopfen oder Gewichte, um Schwingungen abzuschwächen. Die Gewichte des ‘166-er-Patents stehen mit der Antriebswelle an experimentell hergeleiteten Stellen reibungstechnisch in Eingriff, und es zeigt sich, dass die Gewichte als resistives Mittel verwendet werden, um eine Biegemodus-Schwingung abzuschwächen. Wie hierin verwendet, bezieht sich eine resistive Abschwächung einer Schwingung auf ein Schwingungsdämpfungsmittel, das sich verformt, wenn Schwingungsenergie dadurch (d.h. durch das Schwingungsdämpfungsmittel hindurch) übertragen wird, sodass das Schwingungsdämpfungsmittel die Schwingungsenergie absorbiert (und dadurch abschwächt). Während diese Technik wirksam sein kann, kann die zusätzliche Masse der Gewichte Änderungen an den Antriebswellen-Befestigungselementen und/oder der Antriebswellengeometrie (z.B. der Wanddicke) erfordern, und/oder sie kann die kritische Drehzahl der Antriebswelle verändern. Da überdies die Stopfen dazu neigen, dass sie relativ kurz sind, würden sie in der Regel eine Schalenmodus-Schwingung oder Torsionsmodus-Schwingung nicht effektiv abschwächen.
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Es erscheint so, dass das an Butler Jr. et al. erteilte
U.S.-Patent Nr. 3,075,406 einen Einzeldämpfer offenbart, der in einer Hohlwelle eingesetzt ist. Der Dämpfer umfasst ein Paar elastischer Glieder, die mit der inneren Oberfläche der Hohlwelle reibungstechnisch in Eingriff stehen, und eine Metallstange, die im Inneren der Hohlwelle durch die elastischen Glieder gehaltert ist. Das ‘406-er-Patent erklärt, dass bei der Resonanzschwingungsfrequenz der Antriebswelle „die Bewegung der Masse phasenverschoben zu der radialen Bewegung der röhrenförmigen Antriebswelle“ ist. Demzufolge erscheint es so, dass der Dämpfer des ‘406-er-Patents ein reaktiver Dämpfer zum Abschwächen einer Biegemodus-Schwingung ist. Wie hierin verwendet, bezieht sich eine reaktive Abschwächung einer Schwingung auf einen Mechanismus, der der Schwingungsenergie entgegengesetzt oszillieren kann, um dadurch einen Anteil der Schwingungsenergie „aufzuheben“. Es erscheint so, dass der Dämpfer des ‘406-er-Patents beim Abschwächen einer Torsionsmodus-Schwingung und einer Schalenmodus-Schwingung infolge seiner relativ kurzen Länge und seines Kontakts mit einem relativ kleinen Abschnitt der inneren Oberfläche der Antriebswelle unwirksam ist.
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Das an Rowland et al. erteilte
U.S.-Patent Nr. 2,751,765 , das an Stark erteilte
U.S.-Patent Nr. 4,014,184 und die an Stark et al. erteilten
U.S.-Patente Nr. 4,909,361 und
5,976,021 offenbaren hohle Einsätze für eine Antriebswelle. Es erscheint so, dass das ‘765-er- und das ‘184-er-Patent hohle, mehrlagige Kartoneinsätze offenbaren, die an der Antriebswelle eingepresst sind, wobei die Kartoneinsätze relativ lang sind und sich im Wesentlichen koextensiv mit der Hohlwelle zu erstrecken scheinen. Es erscheint so, dass das ‘361-er- und das ‘021-er-Patent Einsätze mit einem hohlen Kartonkern und einem helixförmigen Haltestreifen offenbaren, der sich über eine relative kurze Strecke (z.B. 0,03 Zoll) von dem Außendurchmesser des Kerns weg erstreckt. Der Haltestreifen besitzt hohe Reibungseigenschaften, um mit der Antriebswelle reibungstechnisch in Eingriff zu stehen. Es erscheint demzufolge, dass die Einsätze des ‘765-er-, des ‘184-er-, des ‘361-er- und des ‘021-er-Patents ein resistives Mittel zum Abschwächen einer Schalenmodus-Schwingung offenbaren. Es erscheint jedoch nicht, dass diese Einsätze zum Abschwächen einer Biegemodus-Schwingung oder einer Torsionsmodus-Schwingung geeignet sind.
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Im Hinblick auf das oben Stehende besteht im Stand der Technik weiterhin Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Dämpfen verschiedener Arten von Schwingungen in einer Hohlwelle. Dieses Verfahren erleichtert das Dämpfen einer Schalenmodus-Schwingung wie auch das Dämpfen einer Biegemodus-Schwingung und/oder einer Torsionsmodus-Schwingung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Schutzumfanges oder all ihrer Merkmale.
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In einer Form sehen die vorliegenden Lehren ein Verfahren zum Herstellen einer Wellenanordnung für ein Antriebsstrangsystem vor, das eine erste Antriebsstrangkomponente und eine zweite Antriebsstrangkomponente umfasst. Die Wellenanordnung ist ausgestaltet, um ein Drehmoment zwischen der ersten Antriebsstrangkomponente und der zweiten Antriebsstrangkomponente zu übertragen. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Hohlwelle; Abstimmen einer Masse und einer Steifigkeit zumindest eines Einsatzes, um einen Zwischendämpfer zu bilden, wobei der Zwischendämpfer ausgestaltet ist, um zumindest eine von einer Biegemoment-Schwingung und einer Torsionsmodus-Schwingung, die bei einer ersten vorbestimmten Frequenz auftritt, abzuschwächen; Abstimmen des Zwischendämpfers, um einen abgestimmten Dämpfer zu bilden, wobei der abgestimmte Dämpfer die zumindest eine von der Biegemoment-Schwingung und der Torsionsmodus-Schwingung bei der ersten vorbestimmten Frequenz abschwächt und auch eine Schalenmodus-Schwingung abschwächt; und Einbauen des abgestimmten Dämpfers in die Hohlwelle.
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In einer anderen Form sehen die vorliegenden Lehren ein Verfahren zum Herstellen einer Wellenanordnung für ein Antriebsstrangsystem vor, das eine erste Antriebsstrangkomponente und eine zweite Antriebsstrangkomponente umfasst. Die Wellenanordnung ist ausgestaltet, um ein Drehmoment zwischen der ersten Antriebsstrangkomponente und der zweiten Antriebsstrangkomponente zu übertragen. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Hohlwelle; Abstimmen zumindest eines Einsatzes, um eine abgestimmtes reaktives Absorptionselement zum Abschwächen von Biegemodus-Schwingungen zu bilden; Anbauen eines Dämpfungsglieds an das abgestimmte reaktive Absorptionselement, um eine resistive Mehrfachmodus-, Mehrfachfrequenz-Schwingungsdämpfung einer Schalenmodus-Schwingung und zumindest eine von einer Biegemodus-Schwingung und einer Torsionsmodus-Schwingung vorzusehen; und Einsetzen des zumindest einen Einsatzes mit dem Dämpfungsglied in das Wellenglied.
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In einer noch anderen Form sehen die vorliegenden Lehren ein Verfahren zum Herstellen einer Wellenanordnung für ein Antriebsstrangsystem vor, das eine erste Antriebsstrangkomponente und eine zweite Antriebsstrangkomponente umfasst. Die Wellenanordnung ist ausgestaltet, um ein Drehmoment zwischen der ersten Antriebsstrangkomponente und der zweiten Antriebsstrangkomponente zu übertragen. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Hohlwelle; Abstimmen zumindest eines Einsatzes, um ein abgestimmtes reaktives Absorptionselement zum Abschwächen zumindest einer von Biegemodus-Schwingungen und Torsionsmodus-Schwingungen zu bilden; weiterhin Abstimmen des zumindest einen Einsatzes, sodass er auch ein resistives Mehrfachmodus-, Mehrfachfrequenz-Absorptionselement ist, das ausgestaltet ist, um Schalenmodus-Schwingungen und die zumindest eine von Biegemodus-Schwingungen und Torsionsmodus-Schwingungen abzuschwächen; und Einsetzen des weiter abgestimmten zumindest einen Einsatzes in das Wellenglied.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sollen rein Illustrationszwecken dienen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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ZEICHNUNGEN
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen sind rein zu Illustrationszwecken ausgewählter Ausführungsbeispiele und nicht aller möglichen Umsetzungen vorgesehen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
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1 ist eine seitliche Teilschnittansicht einer gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebauten Antriebswellenanordnung;
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2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Abschnitts eines Antriebsstranges, welche eine nicht behandelte Antriebswelle veranschaulicht, die in einem zweiten Biegemodus schwingt;
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3 ist eine Schnittdarstellung eines Abschnitts der nicht behandelten Antriebswelle senkrecht zu der Längs(Dreh)-Achse der Antriebswelle, welche die in einem ersten Schalenmodus schwingende Antriebswelle veranschaulicht;
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4 ist eine schematische Veranschaulichung eines Abschnitts eines Antriebsstranges, welche eine nicht behandelte Antriebswelle veranschaulicht, die in einem Torsionsmodus schwingt;
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5 ist eine Seitenansicht eines Abschnitts der Antriebswellenanordnung von 1, die einen Zwischendämpfer in näherem Detail veranschaulicht;
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6 ist eine rechte Seitenansicht des Zwischendämpfers in der Richtung des Pfeils 6 in 5.
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7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 von 1; und
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8 ist eine schematische Veranschaulichung in Flussdiagrammform eines Verfahrens zum Bilden einer Antriebswellenanordnung gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung.
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In den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen entsprechende Bezugsziffern durchweg entsprechende Teile.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun werden beispielhafte Ausführungsbeispiele mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
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Mit Bezugnahme auf
1 der Zeichnungen ist eine gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung aufgebaute Antriebswellenanordnung allgemein durch die Bezugsziffer
10 bezeichnet. Die Antriebswellenanordnung
10 kann verwendet werden, um Drehkraft zwischen zwei Antriebsstrangkomponenten, wie z.B. zwischen einem Verteilergetriebe oder einem Getriebe und einer Achsenanordnung, zu übertragen, wie in dem gemeinsam übertragenen
U.S. Patent Nr. 7,774,911 offenbart, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme als vollständig im Detail dargelegt aufgenommen ist. Die Antriebswellenanordnung
10 kann einen Wellenaufbau
12, eine erste und eine zweite Stumpfabdeckung
14a und
14b, zumindest einen Dämpfer
16, ein erstes und ein zweites Kreuzstück
18a und
18b, eine Jochanordnung
20 und einen Jochflansch
22 umfassen. Die erste und die zweite Stumpfabdeckung
14a und
14b, das erste und das zweite Kreuzstück
18a und
18b, die Jochanordnung
20 und der Jochflansch
22 können in ihrem Aufbau und ihrem Betrieb herkömmlich sein und müssen als solche nicht im Detail erörtert werden. Kurz gesagt, können die erste und die zweite Stumpfabdeckung
14a und
14b, in der Regel über eine Schweißnaht, fest an die entgegengesetzten Enden des Wellenaufbaus
12 gekoppelt sein. Jedes von dem ersten und dem zweiten Kreuzstück
18a und
18b kann an eine zugeordnete von der ersten und der zweiten Stumpfabdeckung
14a und
14b und an ein zugeordnetes von der Jochanordnung
20 und dem Jochflansch
22 gekoppelt sein. Die Jochanordnung, das erste Kreuzstück
18a und die erste Stumpfabdeckung
14a können kollektiv ein erstes Kreuzgelenk
24 bilden, während der Jochflansch
22, das zweite Kreuzstück
18b und die zweite Stumpfabdeckung
14b kollektiv ein zweites Kreuzgelenk
26 bilden können.
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Ein verzahnter Abschnitt der Jochanordnung 20 kann drehbar mit dem Abtrieb einer ersten Antriebsstrangkomponente, wie z.B. einer Abtriebswelle eines Getriebes, einer Nebenantriebseinheit oder einem Verteilergetriebe, gekoppelt sein, und der Jochflansch 22 kann drehbar mit einer Eingangswelle einer zweiten Antriebsstrangkomponente, wie z.B. einer Achsenanordnung, gekoppelt sein. Das erste und das zweite Kreuzgelenk 24 und 26 können einen vorbestimmten Grad eines vertikalen und horizontalen Versatzes zwischen der ersten und der zweiten Antriebsstrangkomponente ermöglichen.
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Der Wellenaufbau 12 kann allgemein zylindrisch sein und einen hohlen, zentralen Hohlraum 30 und eine Längsachse 32 aufweisen. Der Wellenaufbau 12 kann aus einem beliebigen geeigneten Material gebildet sein. In dem speziellen vorgesehenen Beispiel ist der Wellenaufbau 12 aus einem geschweißten, nahtlosen 6061-T6-Aluminiumrohr gemäß ASTM B-210 gebildet. Auch weist der Wellenaufbau 12 in dem speziellen veranschaulichten Ausführungsbeispiel einen gleichmäßigen Durchmesser und Querschnitt zwischen den Enden 34 auf, es wird aber einzusehen sein, dass der Wellenaufbau anders gebildet sein könnte. Beispielsweise könnten die Enden 34 des Wellenaufbaus 12 (z.B. durch drehendes Hämmern) bezüglich eines zentralen Abschnitts 36 der Wellenstruktur 12 eingeschnürt sein.
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Mit Bezugnahme auf die 2 bis 4 wird einzusehen sein, dass eine ungedämpfte Antriebswellenanordnung 10‘ (z.B. die Antriebswellenanordnung 10 ohne den zumindest einen Dämpfer 16 von 1) emfänglich für mehrere Arten von Schwingung sein könnte. In 2 ist die nicht behandelte Antriebswellenanordnung 10‘ z.B. als bei einer Biegemodus-Eigenfrequenz (d.h. einer zweiten Biegemodus(n = 2)-Eigenfrequenz) der Antriebswellenanordnung 10‘, wie in einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang zwischen der ersten und der zweiten Antriebsstrangkomponente A bzw. B eingebaut, schwingend veranschaulicht. Diesbezüglich werden Fachleute einsehen, dass die Biegemodus-Eigenfrequenz eine Funktion nicht nur der Antriebswellenanordnung 10‘, sondern auch der „Randbedingungen“ (d.h. der Art und Weise, in der die Antriebswellenanordnung 10‘ an den Rest des Kraftfahrzeug-Antriebsstranges gekoppelt ist) ist. Demzufolge wird der Ausdruck „Antriebswellenanordnung, wie in dem Antriebsstrang eingebaut“ als nicht nur die Wellenanordnung, sondern auch die Randbedingungen umfassend zu verstehen sein, unter denen die Wellenanordnung an die erste und die zweite Antriebsstrangkomponente angebaut ist.
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In 3 ist die Antriebswellenanordnung 10‘ als bei einer Schalenmodus-Eigenfrequenz (d.h. einer ersten (n = 1) Schalenmodus-Eigenfrequenz) des Wellenaufbaus 12 schwingend veranschaulicht.
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In 4 ist die Antriebswellenanordnung 10‘ als bei einer Torsions-Eigenfrequenz des Antriebsstranges 16‘ in einem Torsionsmodus (d.h. einem ersten (n = 1) Torsionsmodus) schwingend veranschaulicht. Diesbezüglich werden Fachleute einsehen, dass die Torsions-Eigenfrequenz eine Funktion nicht nur der Antriebswellenanordnung 10‘, sondern auch der ersten und der zweiten Antriebsstrangkomponente A und B ist, an welche die Antriebswellenanordnung gekoppelt ist.
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Zurückkommend auf 1 umfasst die Antriebswellenanordnung 10 des speziellen vorgesehenen Beispiels einen Dämpfer 16, der zwei abgestimmte Dämpfer 40 umfasst, die identisch ausgestaltet sind. Angesichts dieser Offenbarung wird jedoch einzusehen sein, dass andere Anzahlen von abgestimmten Dämpfern 40 verwendet werden können, und dass die abgestimmten Dämpfer 40 nicht identisch ausgestaltet sein müssen (d.h. jeder abgestimmte Dämpfer 40 kann unterschiedliche Dämpfungseigenschaften aufweisen, und ein erster der abgestimmten Dämpfer 40 kann von einem zweiten der abgestimmten Dämpfer 40 verschieden sein). In dem speziellen vorgesehenen Beispiel umfasst jeder der abgestimmten Dämpfer 40 einen Zwischendämpfer 42 und ein Dämpfungsglied 44.
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Mit zusätzlicher Bezugnahme auf die
5 und
6 kann der Zwischendämpfer
42 ein Einsatz sein, welcher eine Struktur aufweisen kann, die in einer Weise aufgebaut sein kann, die jener ähnlich ist, welche in dem
U.S.-Patent Nr. 4,909,361 beschrieben ist, dessen Offenbarungsgehalt, durch Bezugnahme als hierin in seiner Gesamtheit dargelegt aufgenommen ist. Kurz gesagt, kann der Zwischendämpfer
42 einen strukturellen Abschnitt
50 und ein oder mehrere elastische Glieder
52 umfassen, die an den strukturellen Abschnitt
50 gekoppelt sind. Die Zwischendämpfer
42 sind derart dimensioniert, dass der strukturelle Abschnitt
50 kleiner ist als der Innendurchmesser des Wellengliedes
12 (
1), aber das/die elastische/n Glied/er
52 ist/sind dimensioniert, um mit der inneren Umfangsoberfläche
54 (
1) des Wellengliedes
12 (
1) reibungstechnisch in Eingriff zu stehen.
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In dem vorgesehenen Beispiel umfasst der strukturelle Abschnitt 50 einen hohlen Kern 60, ein oder mehrere Zwischenglieder 62 und ein Abdeckglied 64. Der Kern 60 kann aus einem faserigen Material, wie z.B. Karton, gebildet sein. In dem speziellen vorgesehenen Beispiel ist der Kern 60 aus einer passenden Anzahl von Lagen aus helixförmig gewickeltem Karton gebildet. Die Zwischenglieder 62 können auch aus einer Pappe gebildet sein und können helixförmig in einer Weise auf den Kern 60 gewickelt und (mithilfe eines geeigneten Klebers) darauf geklebt sein, die einen oder mehrere helixförmige Zwischenräume 66 bildet. In dem speziellen vorgesehenen Beispiel sind zwei helixförmige Zwischenräume 66 gebildet. Es wird einzusehen sein, dass der strukturelle Abschnitt 50 aus jedem beliebigen geeigneten Material, einschließlich Karton, Kunststoffharze, Karbonfaser, Glasfaser, Metall und Kombinationen daraus gebildet sein könnte. Es wird auch einzusehen sein, dass der strukturelle Abschnitt 50 kein Zwischenglied 62 oder Abdeckglied 64 umfassen muss und nicht einen oder mehrere Zwischenräume 66 definieren muss. Es wird überdies einzusehen sein, dass die Zwischenräume 66, falls sie verwendet werden, keine helixförmige Form aufweisen müssen, sondern vielmehr auf andere Art und Weise, wie z.B. umlaufend oder längsverlaufend, gebildet sein könnten.
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Die elastischen Glieder 52 können aus einem geeigneten Elastomer gebildet sein und können eine Basis 70 und ein oder mehrere Lippenglieder 72 umfassen, die an die Basis 70 gekoppelt sein können. Die Basis 70 kann mittels eines geeigneten Klebers fest an den strukturellen Abschnitt 50 gekoppelt sein, sodass sich die Lippenglieder 72 radial nach außen davon erstrecken. Das Abdeckglied 64 kann über das/die Zwischenglied/er 62 und die Basis 70 gewickelt sein und kann verwendet werden, um die elastischen Glieder 52 weiter an dem strukturellen Abschnitt 50 zu sichern.
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Aus dieser Offenbarung wird einzusehen sein, dass, wenn zwei oder mehr elastische Glieder 52 verwendet werden, die elastischen Glieder 52 aus dem gleichen Material gebildet sein können und so an den strukturellen Abschnitt 50 gekoppelt sind, dass ihre Basen 70 in einem zugehörigen Zwischenraum 66 aufgenommen sind. Aus dieser Offenbarung wird auch einzusehen sein, dass alternativ die elastischen Glieder 52 unterschiedlich (z.B. mit unterschiedlichen Materialien, unterschiedlichen Größen und/oder unterschiedlichen Querschnitten) gebildet sein können.
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Mit Bezugnahme auf die 1, 5 und 6 wird ferner aus dieser Offenbarung einzusehen sein, dass die Masse und die Steifigkeit des/der Zwischendämpfer/s 42 auf den Antriebsstrang abgestimmt sind, sodass der/die Zwischendämpfer 42 als eines oder mehrere von (i) einem abgestimmten reaktiven Absorptionselement zum Abschwächen von Biegemodus-Schwingungen, und (ii) einem abgestimmten reaktiven Absorptionselement zum Abschwächen von Torsionsmodus-Schwingungen wirkt/en. Der/die Zwischendämpfer 42 ist/sind nicht ausgestaltet, um eine Schalenmodus-Schwingung wesentlich zu dämpfen, die bei einer Frequenz auftritt, die kleiner oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert, wie z.B. 1000 Hz, ist. Der/die Zwischendämpfer 42 kann/können derart abgestimmt sein, dass ein Verhältnis einer Masse des/der Zwischendämpfer/s 42 zu einer Masse des Wellengliedes 12 etwa 5% bis etwa 30% beträgt. In dem speziellen vorgesehenen Beispiel beträgt das Verhältnis der Masse der Zwischendämpfer 42 zu der Masse des Wellengliedes 12 etwa 16,9%.
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Wenn der/die Zwischendämpfer 42 verwendet wird/werden, um Biegemodus-Schwingungen abzuschwächen, werden sie bevorzugt auf eine Eigenfrequenz abgestimmt, die zumindest einer von einem ersten Biegemodus, einem zweiten Biegemodus und einem dritten Biegemodus der Antriebswellenanordnung 10, wie an den Antriebsstrang angebaut, entspricht. Wenn der/die Zwischendämpfer 42 verwendet wird/werden, um Torsionsmodus-Schwingungen abzuschwächen, werden sie bevorzugt auf eine Eigenfrequenz des Antriebsstranges in einem Torsionsmodus, wie z.B. auf eine Frequenz von weniger oder gleich etwa 600 Hz, abgestimmt. Aus dieser Offenbarung wird auch einzusehen sein, dass verschiedene Charakteristika des Zwischendämpfers 42 gesteuert werden können, um seine Dämpfungseigenschaften in einer oder beiden von dem Biegemodus und dem Torsionsmodus abzustimmen. In dem speziellen vorgesehenen Beispiel wurden die folgenden Variablen gesteuert: Masse, Länge und Außendurchmesser des Zwischendämpfers 42, Durchmesser und Wanddicke des strukturellen Abschnitts 50, das Material, aus dem der strukturelle Abschnitt 50 hergestellt wurde, die Menge der elastischen Glieder 52, das Material, aus dem die elastischen Glieder 52 hergestellt wurden, der Steigungswinkel 80 und die Teilung 82, mit der die elastischen Glieder 52 an dem strukturellen Abschnitt 50 befestigt werden, die Ausgestaltung des/der Lippengliedes/r 72 des elastischen Gliedes 52 und die Einbaustelle der Dämpfer 16 innerhalb des Wellengliedes 12. In dem speziellen vorgesehenen Beispiel
- • kann das Wellenglied 12 einen Außendurchmesser zwischen etwa 3,0 Zoll und etwa 5,8 Zoll, eine Wanddicke von etwa 0,08 Zoll, eine Länge von etwa 64 Zoll aufweisen, und es kann eine Masse von etwa 3,2 kg aufweisen;
- • können die Zwischendämpfer 42 einen Außendurchmesser (über dem/den elastischen Glied/ern 52) von etwa 4,0 Zoll, eine Länge von etwa 14 Zoll, eine Masse von etwa 270 Gramm aufweisen, kann der strukturelle Abschnitt 50 der Zwischendämpfer 42 aus Pappe gebildet sein und kann eine Wanddicke von etwa 0,07 Zoll und einen Innendurchmesser von etwa 3,56 Zoll aufweisen, kann ein Paar elastischer Glieder 52 an den strukturellen Abschnitt 50 um 180 Grad voneinander versetzt gekoppelt sein, und jedes kann einen Steigungswinkel 80 von etwa 22,5° und eine Teilung 82 von etwa 4,5 Zoll aufweisen, kann jedes elastische Glied 52 ein einziges Lippenglied 72 aufweisen und kann aus einem Silikonmaterial gebildet sein, welches der ASTM D2000 M2GE505 entspricht, mit einer Durometer-Shore A Härte von etwa 45 bis zu etwa Shore A 55; und
- • kann jeder der Zwischendämpfer 42 ausgestaltet sein, um in ein zugehöriges Ende des Wellengliedes 12 eingesetzt zu werden, sodass sie allgemein symmetrisch um einen zugeordneten der zweiten (n = 2) Biegeknoten N (1) angeordnet sind.
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Es wird einzusehen sein, dass es in bestimmten Situationen gegebenenfalls nicht möglich ist, den Zwischendämpfer 42 genau auf die relevante Frequenz oder Frequenzen, die einer vorhandenen Antriebswellenanordnung 10 zugehörig ist/sind, abzustimmen, als wenn ein spezieller Dämpfer 16 für eine Familie von Antriebswellenanordnungen verwendet wird. Es wird einzusehen sein, dass ein Zwischendämpfer 42 als solcher als auf eine relevante Frequenz abgestimmt betrachtet wird, wenn er wirksam beim Abschwächen einer Schwingung bei der relevanten Frequenz ist. Beispielsweise kann der Zwischendämpfer 42 als auf eine relevante Frequenz abgestimmt betrachtet werden, wenn eine Frequenz, bei der er eine maximale Abschwächung erzielt, innerhalb von ±20% dieser relevanten Frequenz liegt. Der Zwischendämpfer 42 wird bevorzugt als auf die relevante Frequenz abgestimmt betrachtet, wenn die Frequenz, bei der er eine maximale Abschwächung erzielt, innerhalb von ±15% dieser relevanten Frequenz liegt. Der Zwischendämpfer 42 wird stärker bevorzugt als auf die relevante Frequenz abgestimmt betrachtet, wenn die Frequenz, bei der er eine maximale Abschwächung erzielt, innerhalb von ±10% der relevanten Frequenz liegt. Der Zwischendämpfer 42 wird noch stärker bevorzugt als auf die relevante Frequenz abgestimmt betrachtet, wenn die Frequenz, bei der er eine maximale Abschwächung erzielt, innerhalb von ±5% der relevanten Frequenz liegt.
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Mit Bezugnahme auf die 1 und 7 kann das Dämpfungsglied 44 an den Zwischendämpfer 42 gekoppelt sein, und es kann ausgestaltet sein, um primär eine Schalenmodus-Schwingung bei einer oder mehreren erwünschten Frequenzen abzuschwächen, aber auch um eine Dämpfung zumindest einer von einer Biegemodus-Schwingung und einer Torsionsmodus-Schwingung bereitzustellen. In dem vorgesehenen Beispiel stellt das Dämpfungsglied 44 eine Breitbanddämpfung (d.h. eine Dämpfung bei einer Vielzahl von Frequenzen) einer Schalenmodus-Schwingung und eine Breitbanddämpfung zumindest einer von einer Biegemodus-Schwingung und einer Torsionsmodus-Schwingung bereit. Falls erwünscht, kann das Dämpfungsglied 44 auf eine Eigenfrequenz abgestimmt werden, die zumindest einer von einem ersten Schalenmodus, einem zweiten Schalenmodus und einem dritten Schalenmodus entspricht. Es wird einzusehen sein, dass ein Dämpfungsglied 44 (wie an den Zwischendämpfer 42 gekoppelt) als auf eine relevante Frequenz abgestimmt betrachtet wird, wenn es wirksam beim Abschwächen einer Schalenmodus-Schwingung bei der relevanten Frequenz ist. Beispielsweise kann das Dämpfungsglied 44 (wie an den Zwischendämpfer 42 gekoppelt) als auf eine relevante Frequenz abgestimmt betrachtet werden, wenn eine Frequenz, bei der es eine maximale Abschwächung erzielt, innerhalb von ±20% dieser relevanten Frequenz liegt. Das Dämpfungsglied 44 (wie an den Zwischendämpfer 42 gekoppelt) wird bevorzugt als auf die relevante Frequenz abgestimmt betrachtet, wenn die Frequenz, bei der es eine maximale Abschwächung erzielt, innerhalb von ±15% dieser relevanten Frequenz liegt. Das Dämpfungsglied 44 (wie an den Zwischendämpfer 42 gekoppelt) wird stärker bevorzugt als auf die relevante Frequenz abgestimmt betrachtet, wenn die Frequenz, bei der es eine maximale Abschwächung erzielt, innerhalb von ±10% der relevanten Frequenz liegt. Das Dämpfungsglied 44 (wie an den Zwischendämpfer 42 gekoppelt) wird noch stärker bevorzugt als auf die relevante Frequenz abgestimmt betrachtet, wenn die Frequenz, bei der es eine maximale Abschwächung erzielt, innerhalb von ±5% der relevanten Frequenz liegt. Als ein weiteres Beispiel kann das Dämpfungsglied 44 (wie an den Zwischendämpfer 42 gekoppelt) als auf eine relevante Schalenmodus-Frequenz abgestimmt betrachtet werden, wenn es Schalenmodus-Schwingungen um einen Betrag dämpft, der größer oder gleich etwa 2% ist.
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Das Dämpfungsglied 44 kann ein resistives Absorptionselement sein, und es kann ausgestaltet sein, um mit einer inneren Oberfläche 54 des Wellengliedes 12 über einem relativ großen Oberflächenbereich verglichen mit der Fläche in zu Kontakt stehen, über der der Zwischendämpfer 42 mit der inneren Oberfläche des Wellengliedes 12 in Kontakt steht. Beispielsweise kann ein Verhältnis der Fläche, über der das Dämpfungsglied 44 mit der inneren Oberfläche des Wellengliedes 12 in Kontakt steht, zu der Fläche, über der der Zwischendämpfer 42 mit der inneren Oberfläche des Wellengliedes 12 in Kontakt steht, kleiner oder gleich fünf Prozent (5%), bevorzugt kleiner oder gleich zweieinhalb Prozent (2,5%) und stärker bevorzugt kleiner oder gleich eineinviertel Prozent (1,25 %) sein. Der Zwischendämpfer 42 kann ein Kontaktglied 90 umfassen, das ausgestaltet ist, um mit der inneren Oberfläche des Wellengliedes 12 in Kontakt zu stehen, und kann aus einem Material mit einer Durometer-Shore A Härte von etwa 40 bis etwa 80 Shore A gebildet sein. Das Kontaktglied 90 kann auf eine beliebige gewünschte Weise an den Zwischendämpfer 42 gekoppelt sein. Beispielsweise kann das Kontaktglied 90 als ein Streifen aus einem Material ausgestaltet sein, das auf den strukturellen Abschnitt 50 in dem Raum zwischen der Helix der elastischen Glieder 52 gewickelt (und daran geklebt) werden kann.
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Mit Bezugnahme auf 8 ist ein Verfahren zum Bilden einer Wellenanordnung für ein Antriebsstrangsystem schematisch in Flussdiagrammform veranschaulicht. Es wird einzusehen sein, dass das Antriebsstrangsystem eine erste und eine zweite Antriebsstrangkomponente umfasst und dass die Wellenanordnung ausgestaltet ist, um Drehmoment zwischen der ersten und der zweiten Antriebsstrangkomponente zu übertragen. Das Verfahren kann bei Feld 100 beginnen und zu Block 102 voranschreiten, wo eine Hohlwelle bereitgestellt wird. Die Methodik kann dann zu Block 104 voranschreiten.
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Bei Block 104 kann ein Satz von Zwischendämpfern 42 (1) gebildet werden, indem die Masse und Steifigkeit eines Satzes von Einsätzen abgestimmt werden, um zumindest eine von einer Biegemoment-Schwingung und einer Torsionsmodus-Schwingung, die bei einer ersten vorbestimmten Frequenz auftritt, abzuschwächen. Das Verfahren kann zu Block 106 weiterschreiten.
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In Block 106 kann der Satz von Zwischendämpfern 42 (1) abgestimmt werden, um einen Satz abgestimmter Zwischendämpfer zu bilden, welche die Biege- und/oder Torsionsmodus-Schwingung bei der ersten vorbestimmten Frequenz wie auch eine Schalenmodus-Schwingung abschwächen können. Ein Dämpfungsglied 44 (1) kann an jeden der Zwischendämpfer 42 (1) als Teil des Abstimmvorganges gekoppelt werden. Das Dämpfungsglied 44 (1) kann eine Breitbanddämpfung, wie z.B. eine Breitbanddämpfung einer Schalenmodus-Schwingung und optional einer Biegemodus-Schwingung, erzielen. Die Methodik kann dann zu Block 108 voranschreiten.
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In Block 108 kann der Satz von abgestimmten Dämpfern in das Hohlwellenglied eingesetzt werden. Das Verfahren kann zu Feld 110 fortfahren, wo die Methodik endet.
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Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele wurde zu Zwecken der Illustration und Beschreibung bereitgestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder den Offenbarungsgehalt einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale eines speziellen Ausführungsbeispiels sind allgemein nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel beschränkt, sind aber gegebenenfalls untereinander austauschbar und können in einem ausgewählten Ausführungsbeispiel verwendet werden, selbst wenn dies nicht speziell gezeigt oder beschrieben ist. Dieselben können auch in verschiedener Art und Weise abgewandelt werden. Solche Varianten sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle derartigen Abwandlungen sollen innerhalb des Schutzumfanges der Offenbarung enthalten sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2001166 [0007]
- US 3075406 [0008]
- US 2751765 [0009]
- US 4014184 [0009]
- US 4909361 [0009, 0034]
- US 5976021 [0009]
- US 7774911 [0027]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ASTM B-210 [0029]
- ASTM D2000 M2GE505 [0039]
