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Die Erfindung betrifft einen Tilger. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Tilger für einen Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug.
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Ein Antriebsstrang, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, überträgt eine Drehbewegung mit einem Drehmoment. Der Drehbewegung können Drehungleichmäßigkeiten überlagert sein, beispielsweise eine periodische Schwingung, die etwa von einem Hubkolben-Verbrennungsmotor im Antriebsstrang herrühren kann. Zum Abbauen, Kompensieren, Isolieren oder Tilgen der Drehungleichförmigkeiten sind unterschiedliche Vorschläge gemacht worden. Beispielsweise kann ein Fliehkraftpendel verwendet werden, das einen Pendelflansch und eine in der Drehebene verschiebbar am Pendelflansch angebrachte Pendelmasse umfasst. Die Drehungleichförmigkeit lenkt die Pendelmasse auf einer Pendelbahn aus, wobei ihr Massenschwerpunkt einen Abstand zur Drehachse ändert. Die Rückstellung der Pendelmasse erfolgt durch Fliehkraft.
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Bei einem Fliehkraftpendel wirkt die Fliehkraft gleichzeitig als Rückstellmechanismus für die Pendelmasse und als Adaptionsmechanismus zur Unterdrückung der Drehungleichförmigkeiten. Ist die Drehzahl des Pendelflanschs gering, so ist die Rückstellkraft auf die Pendelmasse ebenfalls klein. Die Effizienz des Fliehkraftpendels kann dadurch verringert sein.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Tilger und eine verbesserte Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment bereitzustellen, die jeweils über einen vergrößerten Drehzahlbereich einsetzbar sind. Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Tilger zur Verringerung einer Drehungleichförmigkeit umfasst ein Rotationselement, das drehbar um eine Drehachse gelagert ist, eine Tilgermasse, die drehbar um die Drehachse gelagert ist und ein erstes elastisches Element, das zwischen dem Rotationselement und der Tilgermasse angeordnet ist, um einer Verdrehung zwischen dem Rotationselement und der Tilgermasse entgegenzuwirken. Ferner sind ein zweites elastisches Element und eine Kupplungseinrichtung vorgesehen, wobei die Kupplungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das zweite elastische Element zum ersten elastischen Element parallel zu schalten, wenn die Drehzahl des Rotationselements auf einer vorbestimmten Seite einer vorbestimmten Drehzahlschwelle liegt.
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So können auf der einen Seite der Drehzahlschwelle nur das erste elastische Element und auf der anderen Seite beide elastische Elemente wirken, um die Tilgermasse mit dem Rotationselement zu koppeln. Eine Eigenfrequenz des Tilgers kann durch das Zu- bzw. Abschalten des zweiten elastischen Elements verändert sein. Der Tilger kann dadurch auf wenigstens zwei Drehzahlbereiche verbessert abgestimmt sein. Beispielsweise kann in einem niedrigen Drehzahlbereich nur das erste elastische Element wirken, während in einem höheren Drehzahlbereich beide elastische Elemente wirken, wobei die Eigenfrequenz des Tilgers durch die erhöhte Federkonstante der parallel geschalteten elastischen Elemente erhöht ist. Die Drehzahlschwelle kann so gewählt sein, dass das erste elastische Element, wenn es alleine wirkt, in einem superkritischen Bereich betrieben wird. Bevor bei steigender Drehzahl die Eigenfrequenz des Tilgers erreicht wird, wird das zweite elastische Element zugeschaltet, sodass kein Resonanzeffekt eintritt.
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Es sind unterschiedliche Kupplungseinrichtungen vorstellbar. Beispielsweise kann die Kupplungseinrichtung aktiv oder teilaktiv angesteuert werden. Beispielsweise kann die Kupplungseinrichtung hydraulisch betätigt werden. Dabei kann die hydraulische Betätigung durch ein Fluid erfolgen, dessen Druck von der Fliehkraft und somit von der Drehzahl des Rotationselements abhängig ist. In einer anderen Ausführungsform kann der hydraulische Druck auch anderweitig gesteuert werden, beispielsweise mittels eines Ventils. Das Ventil kann etwa mittels einer Steuereinrichtung betätigt werden, der ein Drehzahlsignal des Rotationselements vorliegt.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst die Kupplungseinrichtung einen einseitig geöffneten Ring, der dazu eingerichtet ist, oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl radial nach außen gedrängt zu werden und dabei einen Kraftschluss zum zweiten elastischen Element zu ändern. Die Drehzahlschwelle kann durch die Bauart des einseitig geöffneten Rings festgelegt sein. Das Parallelschalten bzw. Freigeben des zweiten elastischen Elements kann so einfach und ohne Fremdenergie bzw. Fremdsteuerung erfolgen.
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Der Kraftschluss zum zweiten elastischen Element kann beispielsweise mittels Reibschluss oder mittels Formschluss hergestellt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Ring mit einer Einrichtung zur Selbstverstärkung des Kraftschlusses versehen. Dazu kann beispielsweise ein Reibbelag, ein entsprechender Keilwinkel oder eine andere konstruktive Maßnahme vorgesehen sein.
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In einer ersten Variante ist die Kupplungseinrichtung zwischen dem Rotationselement und dem zweiten elastischen Element angeordnet. Dabei liegt die Kupplungseinrichtung üblicherweise radial innerhalb des elastischen Elements, wo ein größerer Bauraum zur Verfügung stehen kann.
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In einer anderen Variante ist die Kupplungseinrichtung zwischen dem zweiten elastischen Element und der Tilgermasse angeordnet. Dabei kann die Kupplungseinrichtung radial außerhalb des zweiten elastischen Elements angeordnet sein. Aufgrund des vergrößerten Radius kann in dieser Ausführungsform eine vergrößerte Fliehkraft wirken, die zur Bestätigung der Kupplungseinrichtung verwendet werden kann.
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In unterschiedlichen Varianten kann das zweite elastische Element nur oberhalb oder nur unterhalb der vorbestimmten Drehzahlschwelle verwendet werden. Anders ausgedrückt kann die Kupplungseinrichtung dazu eingerichtet sein, das zweite elastische Element parallel zum ersten elastischen Element zu schalten, wenn die Drehzahl des Rotationselements die Drehzahlschwelle überschreitet.
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In einer anderen Variante ist die Kupplungseinrichtung dazu eingerichtet, das zweite elastische Element parallel zum ersten elastischen Element zu schalten, wenn die Drehzahl des Rotationselements die Drehzahlschwelle unterschreitet.
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In beiden Ausführungsformen können auch Hystereseeffekte ausgenutzt werden, wobei die Drehzahlschwelle zum Zuschalten des zweiten elastischen Elements von der Drehzahlschwelle zum Abschalten des zweiten elastischen Elements um ein vorbestimmtes Maß verschieden sein kann.
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In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere elastische Elemente mit jeweils zugeordneten Kupplungseinrichtungen vorgesehen, wobei Drehzahlschwellen der Kupplungseinrichtungen so gewählt sind, dass die Zahl der parallel geschalteten elastischen Elemente mit ansteigender Drehzahl entweder monoton steigt oder monoton fällt. Dadurch können beispielsweise zwei, drei oder noch mehr drehzahlabhängig schaltbare elastische Elemente eingesetzt werden, um die Eigenfrequenz des Tilgers drehzahlabhängig anzupassen. Das Tilgerverhalten kann so verbessert weiter optimiert werden.
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Eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment umfasst eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite, die um eine Drehachse drehbar gelagert sind, ein elastisches Element, um einer Verdrehung der Eingangsseite gegenüber der Ausgangsseite entgegenzuwirken, sowie den oben beschriebenen Tilger, der mit der Ausgangsseite drehfest gekoppelt ist. Allgemein ist an der Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment die Eingangsseite mit der Ausgangsseite auch vertauschbar, sodass der Tilger auch mit der Eingangsseite drehfest gekoppelt sein kann.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine Einrichtung analog zu der von 1 in einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine beispielhafte Kupplungseinrichtung für eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment wie denen der 1 oder 2; und
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4 eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment in einer weiteren Ausführungsform
darstellt.
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1 zeigt eine Einrichtung 100 zur Übertragung von Drehmoment. Die Einrichtung 100 ist insbesondere zum Einsatz in einem Antriebsstrang, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Um eine Drehachse 105 sind eine Eingangsseite 110 und eine Ausgangsseite 115 drehbar angeordnet. Ein elastisches Element 120 ist auf einem Umfang um die Drehachse 105 derart zwischen der Eingangsseite 110 und der Ausgangsseite 115 angebracht, dass einer relativen Verdrehung der beiden Seiten 110, 115 entgegen gewirkt wird. Die Eingangsseite 110, die Ausgangsseite 115 und das elastische Element 120 sind als optional zu verstehen.
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Ferner umfasst die Einrichtung 100 einen Tilger 125, der in der dargestellten Ausführungsform mit der Ausgangsseite 115 verbunden ist. Alternativ kann der Tilger 125 auch an der Eingangsseite 110 angebracht sein. In beiden Fällen liegt der Tilger 125 bevorzugterweise parallel zum Antriebsstrang, wird also nicht von dem zwischen der Eingangsseite 110 und der Ausgangsseite 115 übermittelten Drehmoment durchflossen. In weiteren Ausführungsformen kann der Tilger 125 auch an einem beliebigen anderen drehbaren Element eines Antriebsstrangs angebracht werden.
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Der Tilger 125 umfasst ein Rotationselement 130 und eine Tilgermasse 135, die beide jeweils um die Drehachse 105 drehbar gelagert sind. Ferner sind ein elastisches Element 140 und noch wenigstens eine Anordnung aus einem weiteren elastischen Element 140 und einer zugeordneten Kupplungseinrichtung 145 vorgesehen. Alle elastischen Elemente 140 sind zueinander parallel geschaltet und dazu eingerichtet, eine relative Verdrehung zwischen dem Rotationselement 130 und der Tilgermasse 135 zurückzustellen. Die Kupplungseinrichtungen 145 sind jeweils dazu eingerichtet, einen Kraftschluss zwischen dem zugeordneten elastischen Element 140 und dem Rotationselement 130 herzustellen, wenn die Drehzahl des Rotationselements 130 jenseits einer vorbestimmten Drehzahlschwelle liegt. In der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass die Kupplungseinrichtungen 145 jeweils schließen, wenn die Drehzahl des Rotationselements 130 über ihren jeweils zugeordneten Drehzahlschwellen liegt. Eine umgekehrte Arbeitsweise, bei der die Kupplungseinrichtungen 145 trennen, wenn die Drehzahl des Rotationselements 130 die vorbestimmte Drehzahlschwelle übersteigt, ist ebenfalls möglich.
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Die Kupplungseinrichtungen 145 können auf unterschiedliche Weisen aufgebaut sein. Beispielsweise kann eine mechanisch oder hydraulisch betätigte Kupplung vorgesehen sein. In einer anderen Ausführungsform kann eine fliehkraftbetätigte Radialkupplung vorgesehen sein, die auf der Basis eines Reib- oder Formschlusses arbeitet. Werden mehr als eine Anordnung aus einem elastischen Element 140 und einer zugeordneten Kupplungseinrichtung 145 eingesetzt, so ist bevorzugt, dass die Drehzahlschwellen der einzelnen Kupplungseinrichtungen 145 voneinander abweichen. Dadurch kann die Zahl der aktiven elastischen Elemente 140 zwischen dem Rotationselement 130 und der Tilgermasse 135 in linearer Weise von der Drehzahl des Rotationselements 130 abhängig sein.
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In der dargestellten, exemplarischen Ausführungsform wirkt bei einer sehr niedrigen Drehzahl nur ein elastisches Element 140. Steigt die Drehzahl weiter an, schließt zunächst nur eine Kupplungseinrichtung 145, sodass zwei elastische Elemente 140 wirksam sind. Bei einer noch höheren Drehzahl schließt eine weitere Kupplungseinrichtung 145, sodass drei elastische Elemente 140 parallel zwischen dem Rotationselement 130 und der Tilgermasse 135 wirken. Steigt die Drehzahl noch weiter an, so schließt auch die letzte Kupplungseinrichtung 145, sodass vier elastische Elemente 140 wirksam sind. Wird die Drehzahl wieder verringert, können die Kupplungseinrichtungen 145 eine nach der anderen wieder öffnen.
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Die elastischen Elemente 140 können gleich oder verschieden voneinander aufgebaut sein. Beispielsweise können freie Federlängen, Federhärten oder unterschiedliche Federkennlinien vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine der Federkennlinien linear und eine andere exponential verlaufen.
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2 zeigt eine Einrichtung 100 analog zu der von 1 in einer zweiten Ausführungsform. Dabei unterscheidet sich im Wesentlichen der Tilger 125 von dem der Ausführungsform von 1 dadurch, dass die Kupplungseinrichtungen 145 jeweils zwischen einem elastischen Element 140 und der Tilgermasse 135 vorgesehen sind, statt zwischen dem elastischen Element 140 und dem Rotationselement 130. Ansonsten gelten die oben mit Bezug auf 1 gemachten Aussagen bezüglich Varianten und Ausführungsformen.
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3 zeigt eine beispielhafte Kupplungseinrichtung 145 für eine Einrichtung 100 entsprechend denen der 1 oder 2. Dabei ist die Kupplungseinrichtung 145 nach Art einer Fliehkraftkupplung aufgebaut, die nicht extern betätigt werden muss. Ein einseitig geöffneter Ring 305 erstreckt sich um die Drehachse 105. An seiner radialen Innenseite liegt ein der vorliegenden Kupplungseinrichtung 145 zugeordnetes elastisches Element 140. An dem Ring 305 sind Anschläge 310 angebracht, an denen Enden des elastischen Elements 140 anliegen. Wird der Ring 305 um die Drehachse 105 gedreht, so wirken Fliehkräfte auf ihn, sodass er sich verformt, wobei sein Spalt vergrößert wird. In einer Ausführungsform gerät er dadurch in Reibschluss mit einem radial außen liegenden Bauelement, wodurch ein Kraftschluss hergestellt wird.
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Eine solche Ausführungsform soll nun mit Bezug auf 4 genauer beschrieben werden, die eine weitere exemplarische Einrichtung 100 zur Übertragung von Drehmoment darstellt. Die dargestellte Einrichtung 100 kann insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
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Als Tilgermasse 135 des Tilgers 125 dient ein Turbinenrad 405 eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers 410, dessen Pumpenrad 412 dazu eingerichtet ist, mit einem Antriebsmotor verbunden zu werden.
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Unabhängig von einer Drehzahl des Rotationselements 130 wirkt das in 4 radial innere elastische Element 140 zwischen dem Rotationselement 130 und der Tilgermasse 135. Ein weiteres, radial äußeres elastisches Element 140 ist bei einer niedrigen Drehzahl nur einseitig mit der Tilgermasse 135 verbunden, das andere Ende ist über die Kupplungseinrichtung 145 von der Rotationsmasse 130 abgekoppelt. Dabei ist die Kupplungseinrichtung 145 nach dem oben mit Bezug auf 3 erläuterten Prinzip aufgebaut und nach dem Schema von 1 angeordnet. Das radial äußere elastische Element 140 nimmt daher bei einer niedrigen Drehzahl an der Kopplung des Rotationselements 130 mit der Tilgermasse 135 nicht teil.
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Auf einer radialen Außenseite des Rings 305 ist ein Anlageelement 415 angeordnet. Dabei wird ein Kraftschluss zwischen dem Ring 305 und dem Anlageelement 415 erst hergestellt, wenn die Drehzahl des Rotationselements 130 ausreichend hoch ist, um den Ring 305 so weit radial nach außen zu treiben, dass er wenigstens an einem Abschnitt in Eingriff mit dem Anlageelement 415 gelangt. Die Drehzahl, bei der dies erfolgt, ist die der Kupplungseinrichtung 145 zugeordnete Drehzahlschwelle. Die Drehzahlschwelle kann durch eine Elastizität und einen Durchmesser des Rings 305 beeinflusst werden. In einer Ausführungsform ist der Ring 305 in Umfangsrichtung bzw. radial vorgespannt. Der Ring 305 kann insbesondere so ausgeführt sein, dass er bei Erreichen der Drehzahlschwelle schlagartig radial nach außen schnappt und so einen Eingriff mit dem Anlageelement 415 bewirkt.
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Zwischen dem Anlageelement 415 und dem Ring 305 kann ein Reibbelag 420 zur Erhöhung eines Reibkoeffizienten vorgesehen sein. Der Ring 305 und das Anlageelement 415 können den dargestellten V-förmigen Querschnitt aufweisen, um eine Keilwirkung zur Erhöhung der Reibkräfte auszunutzen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment
- 105
- Drehachse
- 110
- Eingangsseite
- 115
- Ausgangsseite
- 120
- elastisches Element
- 125
- Tilger
- 130
- Rotationselement
- 135
- Tilgermasse
- 140
- elastisches Element
- 145
- Kupplungseinrichtung
- 305
- Ring
- 310
- Anschlag
- 405
- Turbinenrad
- 410
- hydrodynamischer Drehmomentwandler
- 415
- Anlageelement
- 420
- Reibbelag
