DE102016100450A1

DE102016100450A1 - Mechanismus zur Filterung von Drehmomentschwankungen

Info

Publication number: DE102016100450A1
Application number: DE102016100450.2A
Authority: DE
Inventors: Benoit Fleche; Roel Verhoog; Jérôme Boulet
Original assignee: Valeo Embrayages SAS
Current assignee: Valeo Embrayages SAS
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2016-07-14

Abstract

Ein Mechanismus (10) zur Filterung von Drehmomentschwankungen um eine Umdrehungsachse (100) umfasst ein primäres Element (12), ein sekundäres Element (14), das im Winkel relativ zu dem primären Element (12) schwingt, und eine Vorrichtung (16, 18) zur Speicherung von potentieller elastischer Energie, die zwischen dem primären Element (12) und dem sekundären Element (14) angeordnet ist, um ein Rückstellmoment des sekundären Elements (14) in eine Zwischenausgleichsposition (PES) zu erzeugen, das kontinuierlich steigend variiert, mit einer variablen Winkelsteifigkeit, die in einem Schwingungsbereich, der sich zwischen einer Inflexionswinkelposition (R2) und einer direkten Winkelendposition (FCD) befindet, geringer als eine mittlere Steifigkeit zwischen einer retrograden Endposition (FCR) und der direkten Endposition (FCD) ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft einen Filtermechanismus zwischen zwei Drehelementen.
STAND DER TECHNIK
Um die Drehmomentschwankungen zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe zu dämpfen, ist es üblich, einen Filtermechanismus mit einem Speicher von potentieller elastischer Energie und insbesondere ein Zweimassen-Dämpfungsschwungrad dazwischen zu schalten, das ein primäres Schwungrad und ein sekundäres Schwungrad aufweist, zwischen denen ein Speicher von potentieller elastischer Energie mit Federn oder ein Langhubdämpfer angeordnet ist, der ein primäres Schwungrad, ein Ausgangsschwungrad, das hier ternäres Schwungrad genannt wird, und eine Phasenscheibe aufweist, die ein sekundäres Schwungrad zwischen dem primären und dem ternären Schwungrad bildet, wobei ein erster Speicher von potentieller elastischer Energie zwischen dem primären Schwungrad und dem sekundären Schwungrad und ein zweiter zwischen dem sekundären Schwungrad und dem ternären Schwungrad angeordnet ist.
Mit den neuen Generationen von Verbrennungsmotoren und den in Entwicklung befindlichen Motoren ist eine Erhöhung des Antriebsdrehmoments bei niedriger Motordrehzahl festzustellen, die zu Surrgeräuschen führt. Unter diesen Bedingungen stoßen die Leistungen der herkömmlichen Filtermechanismen an ihre Grenzen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Filterleistungen, wenn das Drehmoment hoch ist, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, zu verbessern. Dazu wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung ein Mechanismus zur Filterung von Drehmomentschwankungen um eine Drehachse vorgeschlagen, umfassend:

– ein primäres Element, das sich um die Umdrehungsachse dreht,
– ein sekundäres Element, das sich um die Umdrehungsachse dreht und geeignet ist, im Winkel in Bezug zu dem primären Element in einer direkten Schwingungsrichtung zumindest von einer retrograden Winkelendposition in eine direkte Winkelendposition und in einer retrograden Schwingungsrichtung, die zu der direkten Schwingungsrichtung entgegengesetzt ist, von der direkten Winkelendposition in die retrograde Winkelendposition zu schwingen, und
– eine Vorrichtung zur Speicherung von potentieller elastischer Energie, die zwischen dem primären Element und dem sekundären Element angeordnet ist, um ein Rückstellmoment des sekundären Elements in eine Zwischenausgleichsposition zwischen der retrograden Winkelendposition und der direkten Winkelendposition zu erzeugen, wobei das Rückstellmoment kontinuierlich steigend von einem negativen Minimalwert, wenn sich das sekundäre Element in der retrograden Winkelendposition befindet, zu einem positiven Maximalwert, wenn sich das sekundäre Element in der direkten Winkelendposition befindet, variiert, mit einer variablen Winkelsteifigkeit, die in einem Schwingungsbereich, der sich zwischen einer Inflexionswinkelposition θ_R2 und der direkten Winkelendposition θ_FCD befindet, geringer als eine mittlere Steigung K_Mittel ist, die als das Verhältnis zwischen einerseits der Differenz zwischen dem Maximalwert des Rückstellmoments in die direkte Endposition und dem negativen Minimalwert des Rückstellmoments in die retrograde Endposition und andererseits der Winkeldifferenz zwischen der direkten Winkelendposition und der retrograden Winkelendposition definiert ist:

Die so definierte Vorrichtung zur Speicherung von potentieller elastischer Energie ermöglicht es, die Steifigkeit für die geringen Drehmomente – entsprechend den geringen Winkelschwingungen – und für die hohen Drehmomente – entsprechend den starken Winkelschwingungen – zu differenzieren. Im vorliegenden Fall ermöglicht es das gewählte Steifigkeitsmerkmal, die Steifigkeit für die hohen Drehmomente bei den Betriebsarten, bei denen eine stärkere Filterung gewünscht ist, auf signifikante und gezielte Weise zu verringern. Im Vergleich mit einem herkömmlichen Filtermechanismus mit konstanter Steifigkeit ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Verringerung der Steifigkeit in einem weiten Funktionsbereich für die hohen Drehmomente, die gegebenenfalls auf Kosten einer Erhöhung der Steifigkeit bei einem geringen Drehmoment erzielt werden kann. Aber auch dies ist eine Lehre der Erfindung, die Erhöhung der Steifigkeit bei Betriebsarten mit geringem Drehmoment oder negativem Drehmoment ist nicht nachteilig.
Gegebenenfalls ist die Vorrichtung zur Speicherung von potentieller elastischer Energie derart, dass, wenn sich das sekundäre Element in einer Winkelausschlagzone von hoher Steifigkeit zwischen der retrograden Winkelendposition und der Inflexionswinkelposition befindet, der Mechanismus eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K3(θ) aufweist, die punktuell größer als 200%, sogar größer als 400% der mittleren Steifigkeit K_Mittel sein kann.
Wenn sich das sekundäre Element in einer Winkelausschlagzone von geringer Steifigkeit befindet, die mindestens 40% und vorzugsweise mindestens 50% der Strecke zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Winkelendposition abdeckt, weist der Mechanismus eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K3(θ) kleiner als 80% der mittleren Steifigkeit K_Mittel auf. Diese Winkelausschlagzone von geringer Steifigkeit schließt vorzugsweise die direkte Winkelendposition ein.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart umfasst die Vorrichtung zur Speicherung von potentieller elastischer Energie einen Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit, der zwischen dem primären Element und dem sekundären Element angeordnet ist, um potentielle elastische Energie zu speichern, zumindest wenn sich das sekundäre Element in die direkte Richtung von einer Zwischeninflexionswinkelposition zwischen der retrograden Winkelendposition und der direkten Winkelendposition entfernt, und um eine Arbeit auszuführen, zumindest wenn sich das sekundäre Element in die retrograde Richtung der Inflexionswinkelposition annähert, wobei eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen dem primären Element und dem sekundären Element erzeugt wird, wobei die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Winkelendposition negativ ist. Das Vorhandensein eines Speichers von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit ermöglicht die gewünschte Verringerung der Gesamtsteifigkeit K3(θ) der Vorrichtung zur Speicherung von potentieller elastischer Energie und des Filtermechanismus.
Überdies umfasst die Vorrichtung zur Speicherung von potentieller elastischer Energie vorzugsweise einen bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie, der zwischen dem primären Element und dem sekundären Element angeordnet ist, um potentielle elastische Energie zu speichern, wenn sich das sekundäre Element in die direkte Richtung von einer mittleren Zwischenreferenzwinkelposition zwischen der retrograden Winkelendposition und der direkten Winkelendposition entfernt, und eine Arbeit auszuführen, wenn sich das sekundäre Element der mittleren Referenzwinkelposition in der direkten Schwingungsrichtung und in der retrograden Schwingungsrichtung annähert, wobei eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K1 zwischen dem primären Element und dem sekundären Element erzeugt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist von offensichtlicher Winkelsteifigkeit eines Energiespeichers die Rede, um in einer gegebenen relativen Position θ des sekundären Elements in Bezug zu dem primären Element in einem gegebenen willkürlichen Bezugssystem die Steigung der Funktion zu bezeichnen, welche die besagte Position mit dem algebraischen Drehmoment C, das von dem Energiespeicher auf dem primären Element erzeugt wird (wobei dieses Drehmoment im Gegensatz zu dem von dem Energiespeicher auf dem sekundären Element erzeugten Drehmoment steht) verknüpft. Es handelt sich somit um die Abweichung dC(θ)/dθ der Funktion C(θ). Diese Abweichung kann konstant oder variabel sein.
Der bidirektionale Speicher von potentieller elastischer Energie und der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit sind parallel zwischen dem primären Element und dem sekundären Element angeordnet und haben somit Wirkungen, die sich addieren, um potentielle elastische Energie zu speichern, wenn sich das sekundäre Element der direkten Endposition annähert, und um eine Arbeit zu liefern, wenn sich das sekundäre Element von der direkten Endposition entfernt und der Referenzwinkelposition und der Inflexionswinkelposition in retrograde Richtung annähert. Aber die offensichtliche Gesamtsteifigkeit K3 des Filtermechanismus gleich der algebraischen Summe der offensichtlichen Steifigkeiten K1 und K2 ist geringer als die positive offensichtliche Steifigkeit K1 zwischen der direkten Endposition einerseits und den ersten und zweiten Referenzpositionen andererseits. In diesem Funktionsbereich, der großen Ausschlägen in die direkte Richtung, somit hohen Drehmomenten, wie sie beispielsweise bei niedriger Drehzahl anzutreffen sind, entspricht, ist die offensichtliche Gesamtsteifigkeit K3 des Filtermechanismus geringer als die offensichtliche Steifigkeit K1, somit geringer als die offensichtliche Steifigkeit eines Mechanismus, der den zweiten Energiespeicher nicht besitzt.
Die Referenzwinkelposition und die Inflexionswinkelposition sind feste Positionen, und die Inflexionswinkelposition ist vorzugsweise zwischen der retrograden Winkelendposition und der Referenzwinkelposition angeordnet. Auf diese Weise ist der Nutzen der offensichtlichen negativen Steifigkeit K2 des zweiten Energiespeichers auf der gesamten direkten Strecke zwischen der Referenzwinkelposition und der direkten Endposition gewährleistet. Es wird somit die Ausschlagfähigkeit des Filtermechanismus für die direkten Drehmomente in den am häufigsten anzutreffenden Betriebsarten erhöht, wobei die retrograden Drehmomente viel weniger häufigen und mehr übergangsartigen Situationen entsprechen.
Der bidirektionale Speicher von potentieller elastischer Energie und der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit sind vorzugsweise derart angeordnet, dass der bidirektionale Speicher von potentieller elastischer Energie ein Rückstellmoment C1 auf dem sekundären Element erzeugt, und der zweite Speicher ein Rückstellmoment C2 auf dem sekundären Element erzeugt, das sich bei Nichtvorhandensein einer Drehung des Filtermechanismus mit dem Rückstellmoment C1 ausgleicht, wenn sich das sekundäre Element in einer statischen Zwischenausgleichsposition zwischen der retrograden Endposition und der Referenzwinkelposition und vorzugsweise zwischen der retrograden Endposition und der Inflexionswinkelposition befindet.
Nach einer Ausführungsart ist die offensichtliche Winkelsteifigkeit K1 konstant oder variiert um weniger als 10%, wenn das sekundäre Element von der retrograden Endposition in die direkte Endposition übergeht. Der erste Energiespeicher kann insbesondere Federn, beispielsweise gebogene oder gerade Federn, umfassen, die zwischen dem primären Element und dem sekundären Element arbeiten.
Vorzugsweise hat die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 einen Absolutwert größer als 25% und vorzugsweise größer als 40% des Absolutwerts der offensichtlichen Winkelsteifigkeit K1 auf einem Abschnitt von mindestens 40% und vorzugsweise von mindestens 50% der Strecke zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Winkelendposition, wobei dieser Abschnitt vorzugsweise die direkte Winkelendposition einschließt. Der Ausgleich zwischen der positiven offensichtlichen Winkelsteifigkeit K1 und der negativen offensichtlichen Winkelsteifigkeit ist somit groß, wodurch eine starke Verringerung der offensichtlichen Steifigkeit des Filtermechanismus und somit eine bessere Filterung der Drehmoment- und Geschwindigkeitsschwankungen zwischen dem primären Element und dem sekundären Element möglich ist.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsart ist der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit derart angeordnet, dass er potentielle elastische Energie speichert, wenn sich das sekundäre Element der Zwischeninflexionswinkelposition in direkter Richtung annähert, und eine Arbeit ausführt, wenn sich das sekundäre Element von der Inflexionswinkelposition in retrograder Richtung entfernt, wobei die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der retrograden Winkelendposition und der Inflexionswinkelposition positiv ist. Der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit speichert potentielle Energie auf der gesamten Strecke von der retrograden Endposition bis zu der direkten Endposition in direkter Richtung und liefert Arbeit auf der gesamten Strecke von der direkten Endposition bis zur retrograden Endposition in retrograder Richtung. Mit anderen Worten übt er auf das primäre Element und das sekundäre Element ein Drehmoment aus, das an jedem Punkt der Strecke zwischen der retrograden Endposition und der direkten Endposition das sekundäre Element in die retrograde Endposition zurückstellt. Aber dieses Moment verringert sich im zweiten Teil seiner Strecke, wenn sich das sekundäre Element von der Inflexionswinkelposition in direkte Richtung entfernt, während es im ersten Teil der Strecke zunimmt, wenn sich das Element der Inflexionswinkelposition in direkte Richtung annähert. Die Inflexionswinkelposition ist somit eine Position, die einem Maximum des Drehmoments C2 entspricht, das von dem zweiten Energiespeicher auf das sekundäre Element ausgeübt wird, um dieses letztgenannte in retrograder Richtung zurückzustellen.
Vorzugsweise nimmt die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der retrograden Endposition und der Inflexionswinkelposition in direkter Richtung und vorzugsweise zwischen der retrograden Endposition und der Referenzwinkelposition kontinuierlich ab. Vorzugsweise hat die Funktion K2(θ) keine Unterbrechung der Steigung, was bedeutet, dass ihre Abweichung dK2(θ)/dθ selbst auf der gesamten Strecke zwischen der retrograden Endposition und der direkten Endposition kontinuierlich ist.
Daraus ergibt sich ein Filtermechanismus, dessen offensichtliche Steifigkeit in Abhängigkeit vom angelegten Drehmoment variiert. Wenn das übertragene Drehmoment gering ist, halten die Speicher von potentieller elastischer Energie das sekundäre Element in einer Zone, die sich zwischen der retrograden Winkelendposition und der Referenzwinkelposition befindet. Die offensichtliche Winkelsteifigkeit K3 des Mechanismus ist hoch, die Summe der offensichtlichen Winkelsteifigkeiten K1 und K2. Die Filterleistung des Mechanismus in dieser Zone ist somit schwach, was nicht beeinträchtigend ist, da keine Notwendigkeit besteht, die Drehmomente mit geringer Amplitude zu filtern. Wenn das in direkter Richtung übertragene Drehmoment größer wird, entfernt sich das sekundäre Element von der Inflexionswinkelposition in der direkten Richtung. Die offensichtliche Steifigkeit des Mechanismus verringert sich nun im Umfang der Verringerung der offensichtlichen Winkelsteifigkeit des Speichers von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit. Dies ermöglicht es sehr gut, die Schwankungen des Drehmoments zu filtern, wenn das mittlere Drehmoment in direkter Richtung hoch ist.
Der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit kann auf unterschiedliche Arten ausgeführt sein.
Nach einer Ausführungsart ist der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit derart angeordnet, dass er Kräfte erzeugt, deren Resultierende auf dem sekundären Element keine axiale Komponente hat. Dies kann insbesondere verwirklicht werden, indem Federn vorgesehen werden, die parallel zu einer Ebene angeordnet sind und wirken, welche senkrecht zu der Umdrehungsachse ist. Aber nach einer alternativen Ausführungsart kann auch vorgesehen sein, dass der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit derart angeordnet ist, dass er Kräfte erzeugt, deren Resultierende auf dem sekundären Element eine axiale Komponente hat.
Der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit kann jeglichen Typs sein und insbesondere einen Druckluftkolben, ein Federgehäuse, eine Schraubenfeder, usw. einschließen.
Nach einer Ausführungsart weist der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit ein Führungselement und ein geführtes Element auf, das mit dem Führungselement zusammenwirkt, um sich in Bezug zu dem Führungselement auf einer in Bezug zum Führungselement festen Führungsbahn in eine Arbeitsrichtung, um eine Arbeit auszuführen, und in eine Speicherrichtung, um potentielle elastische Energie zu speichern, zu bewegen. Unter dieser Annahme kann der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit mindestens ein Element zum Speichern von potentieller elastischer Energie umfassen, vorzugsweise eine mechanische oder pneumatische Feder, die zwischen dem Führungselement und dem geführten Element wirkt. Die Führungsbahn kann insbesondere geradlinig sein.
Nach einer ersten Ausführungsvariante ist das Führungselement schwenkbar auf einem der primären und sekundären Elemente montiert. Spezifischer kann das Führungselement um eine Schwenkachse parallel zur Umdrehungsachse schwenken. Das geführte Element ist dann vorzugsweise schwenkbar auf dem anderen der primären und sekundären Elemente vorzugsweise ebenfalls um eine Schwenkachse parallel zu jener des Führungselements und vorzugsweise parallel zur Umdrehungsachse montiert.
Nach einer weiteren Ausführungsart ist das Führungselement fest auf einem der primären und sekundären Elemente vorzugsweise derart montiert, dass die Führungsbahn in Bezug zur Umdrehungsachse radial ist. Das geführte Element kann nun einen Sensor bilden, der mit einer Walze versehen ist, die auf einer Nocke rollt, die an dem anderen der primären und sekundären Elemente befestigt ist, die eine orthoradiale Kraftkomponente in Abhängigkeit von der radialen Kraft und der Winkelposition der Walze erzeugt.
Die Speicherung von potentieller elastischer Energie und die Wiedergabe von potentieller elastischer Energie durch den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit können durch jedes Mittel erzielt werden, und insbesondere durch einen Druckluftkolben, ein Federgehäuse, eine Spiralfeder, usw. Sie kann insbesondere durch eine oder mehrere Spiralfedern zwischen dem Führungselement und dem geführten Element verwirklicht werden.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Mechanismus zur Filterung von Drehmomentschwankungen um eine Umdrehungsachse vorgeschlagen, umfassend:

– ein primäres Element, das sich um die Umdrehungsachse dreht,
– ein sekundäres Element, das sich um die Umdrehungsachse dreht und geeignet ist, im Winkel relativ zum primären Element in eine direkte Schwingungsrichtung zumindest von einer retrograden Winkelendposition in eine direkte Winkelendposition und in eine retrograde Schwingungsrichtung, die zur direkten Schwingungsrichtung entgegengesetzt ist, von der direkten Winkelendposition in die retrograde Winkelendposition zu schwingen, und
– einen Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit, der zwischen dem primären Element und dem sekundären Element angeordnet ist, um potentielle elastische Energie zu speichern, zumindest wenn sich das sekundäre Element in direkter Richtung von einer Zwischeninflexionswinkelposition zwischen der retrograden Endposition und der direkten Endposition entfernt, und um eine Arbeit durchzuführen, zumindest wenn sich das sekundäre Element in retrograder Richtung der Inflexionswinkelposition annähert, wobei eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen dem primären Element und dem sekundären Element erzeugt wird, wobei die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Winkelendposition negativ ist.

Nach dieser zweiten Ausführungsart ist der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit derart angeordnet, dass er Kräfte erzeugt, deren Resultierende auf dem sekundären Element keine axiale Komponente hat. Der resultierende Mechanismus ist besonders kompakt in Axialrichtung. Dies kann insbesondere verwirklicht werden, indem Federn vorgesehen werden, die parallel zu einer Ebene angeordnet sind und wirken, welche senkrecht zu der Umdrehungsachse ist.
Nach einer Ausführungsart ist der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit derart dimensioniert, dass, wenn sich das sekundäre Element in einer Winkelausschlagzone von großer Steifigkeit zwischen der retrograden Winkelendposition und der Inflexionswinkelposition befindet, der Mechanismus eine offensichtliche Winkelsteifigkeit aufweist, die punktuell größer als 200% bzw. größer als 400% einer mittleren Steifigkeit K_Mittel sein kann, die als das Verhältnis zwischen einerseits der Differenz zwischen dem Maximalwert des Rückstellmoments in die direkte Endposition und dem negativen Minimalwert des Drehmoments in der retrograden Endposition und andererseits der Winkeldifferenz zwischen der direkten Winkelendposition und der retrograden Winkelendposition definiert ist.
Wenn sich das sekundäre Element in einer zweiten Winkelausschlagzone von geringer Steifigkeit befindet, die mindestens 40% und vorzugsweise mindestens 50% der Strecke zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Winkelendposition abdeckt, weist der Mechanismus eine offensichtliche Winkelsteifigkeit kleiner als 80% der mittleren Steifigkeit K_Mittel auf. Diese Winkelausschlagzone mit geringer Steifigkeit schließt vorzugsweise die direkte Winkelendposition ein.
Der Mechanismus nach diesem zweiten Aspekt kann ferner alle oder einen Teil der vorher in Verbindung mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale aufweisen.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung betrifft diese einen Mechanismus zur Filterung von Drehmomentschwankungen um eine Umdrehungsachse, umfassend:

– ein primäres Element, das sich um die Umdrehungsachse dreht,
– ein sekundäres Element, das sich um die Umdrehungsachse dreht und geeignet ist, im Winkel in Bezug zum primären Element in eine direkte Schwingungsrichtung zumindest von einer retrograden Winkelendposition in eine direkte Winkelendposition und in eine retrograde Schwingungsrichtung, die zur direkten Schwingungsrichtung entgegengesetzt ist, von der direkten Winkelendposition in die retrograde Winkelendposition zu schwingen, und
– einen Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit, der zwischen dem primären Element und dem sekundären Element angeordnet ist, um potentielle elastische Energie zu speichern, zumindest wenn sich das sekundäre Element in direkter Richtung von einer Zwischeninflexionswinkelposition zwischen der retrograden Endposition und der direkten Endposition entfernt, und um eine Arbeit durchzuführen, zumindest wenn sich das sekundäre Element in retrograder Richtung der Inflexionswinkelposition annähert, wobei eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen dem primären Element und dem sekundären Element erzeugt wird, wobei die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Winkelendposition negativ ist.

Nach diesem dritten Aspekt der Erfindung ist der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit derart angeordnet, dass er Kräfte erzeugt, deren Resultierende auf dem sekundären Element eine axiale Komponente hat. Diese Anordnung bietet ein großes Volumen, um die Komponenten des Speichers von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit aufzunehmen.
Der Mechanismus nach diesem Aspekt kann ferner alle oder einen Teil der vorher in Verbindung mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Merkmale aufweisen.
Nach einer Ausführungsvariante ist das Führungselement fest auf einem der primären und sekundären Elemente und vorzugsweise derart befestigt, dass die Führungsbahn parallel zur Umdrehungsachse ist. Das geführte Element kann in diesem Fall einen Sensor bilden, der mit einer Walze versehen ist, die auf einer Nocke rollt, die am anderen der primären und sekundären Elemente befestigt ist, das eine orthoradiale Kraftkomponente in Abhängigkeit von der Axialkraft und der Winkelposition der Walze erzeugt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese eine kinematische Übertragungskette, umfassend ein treibendes Element, ein angetriebenes Element, eine Kupplung, die sich zwischen dem treibenden und dem angetriebenen Element befindet, und einen Filtermechanismus, wie vorher beschrieben, der kinematisch zwischen dem treibenden Element und der Kupplung oder zwischen der Kupplung und dem angetriebenen Element angeordnet ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Filterung von Drehmoment- oder Drehgeschwindigkeitsschwankungen zwischen einem primären Element, das sich um eine Umdrehungsachse dreht, und einem sekundären Element, das sich um die Umdrehungsachse in Bezug zu dem primären Element zwischen mindestens einer retrograden Winkelendposition und einer direkten Winkelendposition dreht, wobei mindestens eine Inflexionswinkelposition durchlaufen wird, wobei die Methode einschließt:

– eine Speicherung von potentieller elastischer Energie durch einen bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie, wenn sich das sekundäre Element von einer Zwischenreferenzwinkelposition zwischen der retrograden Winkelendposition und der direkten Winkelendposition in der direkten Schwingungsrichtung und in der retrograden Schwingungsrichtung entfernt, und eine Lieferung einer Arbeit durch den bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie, wenn sich das sekundäre Element der Referenzwinkelposition in der direkten Schwingungsrichtung und in der retrograden Schwingungsrichtung annähert, wobei die erste Speicherung von potentieller elastischer Energie und die erste Lieferung von Arbeit mit einer offensichtlichen Winkelsteifigkeit K1 zwischen dem primären Element und dem sekundären Element erfolgen, und
– eine zweite Speicherung von potentieller elastischer Energie durch einen Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit, zumindest wenn sich das sekundäre Element in direkter Richtung von einer Zwischeninflexionswinkelposition zwischen der retrograden Endposition und der direkten Endposition entfernt, und eine zweite Lieferung einer mechanischen Arbeit durch den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit, zumindest wenn sich das sekundäre Element in retrograder Richtung der Inflexionswinkelposition annähert, wobei die zweite Speicherung von potentieller elastischer Energie und die zweite Lieferung von Arbeit mit einer offensichtlichen Winkelsteifigkeit K2 zwischen dem primären Element und dem sekundären Element erfolgen, wobei die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Winkelendposition negativ ist.

Die Methode mit dem parallelen Einsatz des bidirektionalen Speichers von potentieller Energie mit positiver und vorzugsweise konstanter Steifigkeit K1 und eines Speichers von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit mit einer negativen Steifigkeit K2 ermöglicht es, zumindest auf einem Teil der Strecke zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Endposition, die Gesamtsteifigkeit K1 + K2 zu verringern.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Studie der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren hervor, die darstellen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsart einer kinematischen Übertragungskette, umfassend einen erfindungsgemäßen Filtermechanismus;
2 ein Diagramm, das die Entwicklung des Drehmoments (Skala der linken Ordinaten) und der Steifigkeit (Skala der rechten Ordinaten) in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen dem sekundären Element und dem primären Element eines erfindungsgemäßen Filtermechanismus darstellt;
3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsart einer kinematischen Übertragungskette, umfassend einen erfindungsgemäßen Filtermechanismus;
4 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsart einer kinematischen Übertragungskette, umfassend einen erfindungsgemäßen Filtermechanismus;
5 eine isometrische Ansicht teilweise im Schnitt von einem Filtermechanismus nach einer Ausführungsart der Erfindung;
6 eine isometrische Ansicht einer Nocke des Mechanismus aus 5;
7 eine Vorderansicht des Filtermechanismus aus 5;
8 eine Schnittansicht mit Schnittebenen entlang der gestrichelten Schnittlinie A-A aus 7;
9 eine isometrische Ansicht teilweise im Schnitt von einem Filtermechanismus nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung;
10 eine Vorderansicht teilweise im Schnitt von dem Filtermechanismus aus 9;
11 eine Schnittansicht mit Schnittebenen entlang der gestrichelten Schnittlinie A-A aus 9;
12 eine Vorderansicht eines Filtermechanismus nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung;
13 ein Diagramm, das die Entwicklung des Drehmoments in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen sekundärem Element und primärem Element des Filtermechanismus aus 12 darstellt;
14 eine Vorderseite eines Teils eines Filtermechanismus nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung in einer retrograden Endposition;
15 eine Schnittansicht mit Schnittebenen entlang der gestrichelten Schnittlinie B-B aus 14;
16 eine Vorderseite eines Teils des Filtermechanismus aus 14 in einer Zwischenreferenzwinkelposition;
17 eine Schnittansicht mit Schnittebenen entlang der gestrichelten Schnittlinie B-B aus 16;
18 eine Vorderseite eines Teils des Filtermechanismus aus 14 in einer direkten Endposition;
19 eine Schnittansicht mit Schnittebenen entlang der gestrichelten Schnittlinie B-B aus 18;
20 ein Diagramm, das die Entwicklung des Drehmoments in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen sekundärem Element und primärem Element des Filtermechanismus aus 14 darstellt;
21 eine Schnittansicht eines Details eines Mechanismus nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung;
22 eine Ansicht eines Details des Mechanismus aus 21 in einer anderen Schnittebene;
23 eine perspektivische Ansicht einer Nocke des Mechanismus aus 21;
24 eine Vorderansicht eines Speichers von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit des Mechanismus aus 21, umfassend die Nocke aus 23 und eine Membranfeder.
Zur Verdeutlichung sind die identischen oder ähnlichen Elemente mit identischen Bezugszeichen in der Gesamtheit der Figuren bezeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSARTEN
In 1 ist schematisch eine kinematische Übertragungskette 1 zwischen einer Kurbelwelle 2 (beispielsweise eines Dreizylinder-Verbrennungsmotors) und eine Eingangswelle 3 eines Getriebes dargestellt. Diese kinematische Übertragungskette 1 umfasst eine Kupplung 5 beliebigen Typs, die hier in direktem Eingriff mit der Eingangswelle 3 des Getriebes ist, und ein Zweimassen-Dämpfungsschwungrad 10, das kinematisch zwischen der Kurbelwelle 2 und der Kupplung 3, die hier in direktem Eingriff mit der Kurbelwelle ist, angeordnet ist. Das Zweimassen-Dämpfungsschwungrad 10 bildet einen Mechanismus zur Filterung der Geschwindigkeits- und Drehmomentschwankungen zwischen der Kurbelwelle 2 und der Kupplung 5 und umfasst ein primäres Drehelement 12, das ein primäres Schwungrad bildet, ein sekundäres Drehelement 14, das ein sekundäres Schwungrad darstellt, sowie einen bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 und einen Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18, die parallel zwischen dem primären Drehelement und dem sekundären Drehelement angeordnet sind. Bemerkenswerterweise weist der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 eine variable Steifigkeit auf, wie dies später erklärt wird. Das Zweimassen-Dämpfungsschwungrad dreht sich um eine Umdrehungsachse 100, die auch die Umdrehungsachse der Kurbelwelle, der Kupplung und der Eingangswelle des Getriebes ist. Ein Starter (nicht dargestellt) kann überdies mit dem primären Element 12 des Zweimassen-Dämpfungsschwungrades 10 in Eingriff sein. Schließlich kann das Zweimassen-Dämpfungsschwungrad 10 auch Elemente zur Ableitung von Energie durch flüssige oder feste Reibung (nicht dargestellt) umfassen, die zwischen dem primären Drehelement und dem sekundären Drehelement angeordnet sind.
In dem Diagramm der 2 sind auf der Abszisse die laufende Winkelposition des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 um die Umdrehungsachse 100 zwischen einer retrograden Endposition FCR, hier –20°, und einer direkten Endposition FCD, hier 100°, und auf der Ordinate verschiedene charakteristische Größen des Filtermechanismus eingetragen, nämlich auf der linken Skala das Drehmoment (in Nm) und auf der rechten Skala die Steifigkeit (in Nm/s²). in der Praxis können die direkte Endposition FCD und die retrograde Endposition FCR durch Anschläge verwirklicht sein, die zwischen dem primären Element 12 und dem sekundären Element 14 angeordnet sind, oder durch Anschläge, die einem der Energiespeicher eigen sind, beispielsweise durch die wechselseitige Kontaktnahme von Windungen einer Spiralfeder.
Die Drehmomentkurve C1 des bidirektionalen Speichers von potentieller elastischer Energie stellt das resultierende Drehmoment dar, das an das sekundäre Element 14 von dem ersten Speicher von potentieller Energie 16 in Abhängigkeit von der Position des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 angelegt wird. Diese Kurve ist im Wesentlichen linear mit positiver Steigung zwischen der retrograden Endposition und der direkten Endposition und kreuzt die Achse der Abszisse an einer Zwischenposition R1 (+40°), die sich im Winkel auf halbem Weg zwischen den Endpositionen befindet. Diese Zwischenposition R1 wird in der Folge als Referenzwinkelposition bezeichnet. Der erste Speicher von potentieller Energie 16 gestattet einen Winkelausschlag derselben Weite (60°) beiderseits dieser Ausgleichsposition R1. Das Drehmoment C1 ist in dem Bereich zwischen der Referenzwinkelposition R1 und der direkten Endposition FCD positiv und neigt dazu, das sekundäre Element in die retrograde Richtung zur Referenzwinkelposition R1 zurückzuführen. In dem Bereich zwischen der Referenzwinkelposition R1 und der retrograden Endposition FCR ist das Drehmoment C1 negativ und neigt dazu, das sekundäre Element in die direkte Richtung zur Referenzwinkelposition R1 zurückzuführen. An jedem Punkt des Funktionsbereichs zwischen den beiden Winkelendpositionen ist das Drehmoment C1 proportional zur Verformung der Federn, somit zur Winkelentfernung in Bezug zur Referenzwinkelposition R1, und stellt der Proportionalitätsfaktor die Gesamtsteifigkeit K1 des bidirektionalen Speichers von potentieller elastischer Energie dar. In dem Diagramm der 2 ist die Kurve eingetragen, die die Abweichung der Kurve C1 in Bezug zur Winkelposition darstellt, wobei die entsprechenden Ordinaten auf der rechten Skala der Figur eingetragen sind. Diese Kurve ist ein horizontales Geradensegment, da K1 hier konstant ist.
Die Drehmomentkurve C2 des Speichers von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 stellt das resultierende Drehmoment dar, das an das sekundäre Element 14 durch den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 in Abhängigkeit von der Position des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 angelegt wird. Der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 ist auf der gesamten Strecke zwischen der retrograden Endposition FCR und der direkten Endposition FCD aktiv.
Auf der gesamten Strecke zwischen der retrograden Endposition FCR und der direkten Endposition FCD neigt der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 dazu, das sekundäre Element 14 in die retrograde Endposition FCR zurückzuführen, so dass die Kurve C2 in Ordinaten positive Werte in dem gesamten Funktionsbereich annimmt. Der Wert des Drehmoments C2 variiert allerdings auf nicht lineare Weise in dem Funktionsbereich, wobei er kontinuierlich von einem ersten Minimalwert, hier einem Wert gleich Null, in der retrograden Endposition FCR auf einen Maximalwert entsprechend einer Winkelposition R2, in der Folge Inflexionswinkelposition genannt, steigt, und dann kontinuierlich von diesem Maximalwert auf einen zweiten Minimalwert sinkt, der hier ebenfalls gleich Null ist und in der direkten Endposition FCD erreicht wird. Die Inflexionswinkelposition R2 ist hier zwischen der retrograden Winkelposition FCR und der Referenzwinkelposition R1 angeordnet.
Die Resultierende der kombinierten Wirkung des bidirektionalen Speichers von potentieller Energie 16 und des Speichers von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 ist durch die Kurve C3 = C1 + C2 dargestellt. Diese Kurve kreuzt die Abszissenachse an einem Punkt, der eine stabile Ausgleichsposition PES für die Positionierung des sekundären Elements in Bezug zu dem primären Element unter der kombinierten Beanspruchung der beiden Speicher von potentieller elastischer Energie definiert. Die stabile Ausgleichsposition PES befindet sich notwendigerweise zwischen der Position R1 und der retrograden Endposition. Sie befindet sich hier ferner zwischen der retrograden Endposition FCR und der Inflexionswinkelposition R2.
Die Kurve K1 der 2 stellt die äquivalente Steifigkeit dar, die durch den bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 eingeleitet wird, die die Abweichung dC1/dθ des Drehmoments C1 in Bezug zur Winkelposition darstellt, wobei die entsprechenden Ordinaten in der rechten Skala eingetragen sind. Diese Kurve K1 ist parallel zur Abszissenachse und zeigt die Tatsache, dass die Steifigkeit K1 konstant ist. Der konstante Wert K1 definiert auch einen Wert, der im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als „mittlerer Wert” bezeichnet ist, der das Verhältnis zwischen einerseits der Differenz der Drehmomentwerte an den direkten und retrograden Endpositionen und andererseits der Winkeldifferenz zwischen den direkten und retrograden Endpositionen darstellt:
Die Kurve K2 der 2 stellt die Abweichung der Kurve C2 in Bezug zur Winkelposition dar. Wie festzustellen ist, ist diese Abweichung zwischen der retrograden Endposition FCR und der Inflexionswinkelposition R2 positiv, dann zwischen der Inflexionswinkelposition R2 und der direkten Endposition negativ.
Der bidirektionale Speicher von potentieller elastischer Energie 16 und der Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 sind parallel zwischen dem primären Element 12 und dem sekundären Element 14 des Filtermechanismus 10 angeordnet. Die Steifigkeit K3, die aus der kombinierten Wirkung der beiden Speicher resultiert, ist somit die Summe der Steifigkeiten K1 und K2. Wie in 2 dargestellt, ist die Steifigkeit K3 kleiner als K1 auf dem gesamten Teil des Funktionsbereichs entsprechend negativen Werten von K2, somit zwischen der Inflexionswinkelposition R2 und der direkten Endposition FCD.
Daraus geht hervor, dass in dieser Funktionszone, die großen Ausschlägen in direkte Richtung, somit hohen Drehmomenten, wie sie beispielsweise bei niedriger Drehzahl anzutreffen sind, entspricht, die offensichtliche Gesamtsteifigkeit K3 des Filtermechanismus 10 geringer als die offensichtliche Steifigkeit K1, somit geringer als die offensichtliche Steifigkeit eines Mechanismus ohne zweiten Energiespeicher 18 ist. Überdies kann eine Winkelausschlagzone mit geringer Steifigkeit definiert werden, die mindestens 50% der Strecke zwischen der Inflexionswinkelposition R2 und der direkten Winkelendposition FCD abdeckt, in der der Mechanismus eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K3 kleiner als 80% der mittleren Steifigkeit K1 aufweist. Im vorliegenden Fall gilt dies hier insbesondere zwischen der Referenzwinkelposition R1 und der direkten Endposition FCD.
Diese vorteilhafte Verringerung der resultierenden offensichtlichen Gesamtsteifigkeit für die starken Drehmomente wird durch eine Erhöhung der Steifigkeit in der Funktionszone zwischen der retrograden Endposition und der Inflexionswinkelposition erzielt. In dieser Winkelausschlagzone von starker Steifigkeit weist der Mechanismus eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K3(θ) auf, die Werte über 200% bzw. in der Praxis sogar über 400% der mittleren Steifigkeit K_Mittel erreichen kann. Aber die Erhöhung der Steifigkeit in dieser Winkelzone ist nicht beeinträchtigend in dem Maße, als die entsprechenden Drehmomente niedrig sind.
Dieselben Vorteile bei der Filterung der hohen Drehmomente in direkter Richtung können bei unterschiedlichen Ausführungen der kinematischen Kette erzielt werden. In 3 ist die Integration eines erfindungsgemäßen Filtermechanismus 10 dargestellt, der ein Zweimassen-Dämpfungsschwungrad bildet, das zwischen der Kurbelwelle 2 und einer Doppelkupplung 5 angeordnet ist, die sich stromaufwärts zu einem Getriebe mit zwei Eingangswellen 3.1 und 3.2 befindet.
In 4 ist die Integration eines erfindungsgemäßen Filtermechanismus in einen Drehmomentwandler 1 dargestellt, der zwischen einer Kurbelwelle 2 und einer Eingangswelle eines Getriebes 3 angeordnet ist. Dieser Drehmomentwandler umfasst auf an sich bekannte Weise einen hydrokinetischen Wandler 4 und eine Verriegelungskupplung 5, die parallel zwischen der Kurbelwelle 2 und einem Eingangselement 12 eines Langhubdämpfers 6, der einen Mechanismus zur Filterung einer Drehmomentschwankung 10 gemäß der Erfindung einschließt, angeordnet ist. Spezifischer umfasst der Langhubdämpfer 6 ein sekundäres Zwischenelement 14, Phasenscheibe genannt, und ein verbundenes ternäres Element 15, das mit der Eingangswelle des Getriebes 3 verbunden ist. Das Zwischenphasenelement 15 ist mit dem Eingangselement 12 durch einen bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 mit konstanter Steifigkeit K1 und parallel durch einen Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 mit einer variablen Steifigkeit K2 verbunden. Überdies ist das Zwischenphasenelement 15 mit dem ternären Element 15 durch einen Speicher von potentieller elastischer Energie 17 verbunden. Bei dieser Ausführung wird auch die Filterung der Drehmomente mit hohem Wert in direkter Richtung verbessert, wobei vorgesehen wird, dass die Steifigkeit K2 auf einem wesentlichen Teil des Winkelhubs des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 negativ ist.
Es werden nun verschiedene Ausführungsarten der Erfindung strukturell beschrieben.
In den 5 bis 8 ist eine erste Ausführungsart eines Zweimassen-Dämpfungsschwungrades 10 dargestellt, das den erfindungsgemäßen Filtermechanismus einschließt und insbesondere in den Ausführungen der 1 und 3 verwendbar ist. Das primäre Element 12 ist hier im Wesentlichen von zwei Führungsscheiben 12.1, 12.2 gebildet, die aneinander befestigt und mit einem Antriebskranz 12.3, der in ein Ritzel (nicht dargestellt) eines Starters eingreift, verbunden ist. Eine der Führungsscheiben 12.2 bildet auch eine Drehscheibe 12.4, die einen Innenring eines Führungslagers 20 des sekundären Elements trägt. Der Außenring des Lagers ist an einem massiven sekundären Schwungrad 14.1 befestigt, an dem eine Scheibe 14.2 befestigt ist, die sich zwischen den beiden Führungsscheiben 12.1, 12.2 erstreckt.
Die Führungsscheiben 12.1, 12.2 umfassen Lagerungen 12.5, die durch Stützflächen 12.6 begrenzt sind, um Schraubenfedern 16.1, die kreisbogenförmig gebogen sind, in dem Volumen aufzunehmen, das von den Führungsscheiben 12.1, 12.2 begrenzt ist. Die sekundäre Scheibe 14.2 umfasst ihrerseits radiale Arme 14.3, die mit den Enden der Federn 16.1 interferieren, so dass sich jede Feder 16.1 mit einem Ende an einer Stützfläche 12.6, die auf den Führungsscheiben 12.1, 12.2 des primären Elements 12 ausgebildet ist, und mit dem gegenüberliegenden Ende an einem der Arme 14.3 der sekundären Scheibe 14.2 anliegend befindet. In dem dargestellten Beispiel sind es zwei Federn 16.1, die somit parallel zwischen dem Eingangselement 12 und dem Ausgangselement 14 angeordnet sind, aber die Anzahl von Federn 16.1 kann je nach gewählter Architektur variieren.
Zwischen dem primären Element 12 und dem sekundären Element 16 ist ein Mechanismus mit zwei Nocken 18.1 und zwei Walzenschiebern 18.2, die jeweils einer der Nocken 18.1 zugeordnet sind, angeordnet, wobei dieser Mechanismus den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 darstellt. Jeder Walzenschieber 18.2 umfasst einen Zylinder 18.21, der am sekundären Schwungrad 14.1 befestigt ist und eine Schubachse 200 parallel zur Umdrehungsachse aufweist, die als äußeres Führungselement für ein geführtes Element dient, umfassend eine Spiralfeder 18.22, deren freies Ende mit einem Walzenträger 18.23 verbunden ist. Gegebenenfalls kann der Walzenträger 18.23 mit einem in dem Zylinder 18.21 gleitenden Kolben verbunden sein. Dieser letztgenannte trägt eine Walze 18.24, die auf der Nocke 18.1 rollt, die auf der Führungsscheibe 12.1 des primären Elements 12 ausgebildet ist. Wie in 6 dargestellt, haben die beiden Nocken 18.1 identische Profile und sind zueinander zur Umdrehungsachse 100 symmetrisch. Die Walzenschieber 18.2 sind ebenfalls diametral entgegengesetzt, so dass die Beiträge der beiden Schieber 18.2 identisch sind und sich in allen Winkelpositionen des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 addieren.
Die beiden Federn 16.1 stellen gemeinsam den bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 dar, der eine Ausgleichsposition aufweist, in der die von den beiden gebogenen Federn 16.1 auf das sekundäre Element 14 ausgeübten Drehmomente zueinander entgegengesetzt sind und sich ausgleichen. Diese Ausgleichsposition ist in 7 dargestellt und entspricht der Referenzwinkelposition R1 der 2. Beiderseits dieser Referenzposition R1 gestatten die beiden Federn 16.1 einen Winkelausschlag von 60°, d. h. eine Endposition in direkter Richtung FCD bei +100° und eine Endposition in retrograder Richtung FCR bei –20°. In jeder, direkten oder retrograden, Endposition sind die Windungen der Federn 16.1 aneinander liegend und stellen einen positiven Anschlag für den Mechanismus dar. Das resultierende Drehmoment, das an das sekundäre Element 14 durch den bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 angelegt wird, folgt der Kurve C1 der 2 in Abhängigkeit von der Position θ des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12. In jedem Punkt θ des Funktionsbereichs zwischen den beiden Winkelendpositionen ist das Drehmoment C1 proportional zu der Verformung der Federn, somit zu der Winkelentfernung (θ – θ_R1) in Bezug zu der Referenzwinkelposition θ_R1, und stellt der Proportionalitätsfaktor die Gesamtsteifigkeit K1 des bidirektionalen Speichers von potentieller elastischer Energie dar.
Der Mechanismus mit Nocken und Schiebern 18 stellt den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit parallel zum bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 dar. Für jede Winkelposition θ des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 wird die Axialkraft der Federn 18.22 der Walzenschieber 18.2 auf das primäre Element 12 mit einer orthoradialen Komponente übertragen, die ein Drehmoment C2 um die Umdrehungsachse definiert, wobei diese Komponente von der Spannung der Feder und dem Winkel der Nocke in der betreffenden Winkelposition θ abhängt. Ein Drehmoment derselben Amplitude und von entgegengesetzter Richtung wird auf das sekundäre Element mit Hilfe der Führungszylinder 18.21 der Federn 18.22 übertragen.
Die retrograde Endposition FCR entspricht einer maximalen Kompression der Federn 18.22 der Schieber 18.2 und die direkte Endposition FCD einer maximalen Ausdehnung der Federn 18.22. Der Winkel zwischen einerseits der Tangente an die Oberfläche jeder Nocke 18.1 an dem Kontaktpunkt mit der zugehörigen Walze 18.24 und andererseits einer Ebene senkrecht auf die Umdrehungsachse 100 ist gleich Null in den direkten FCD und retrograden FCR Endpositionen. Zwischen diesen beiden Positionen variiert der Winkel kontinuierlich, aber ohne das Vorzeichen zu ändern, so dass sich die Federn 18.24 kontinuierlich von der direkten Endposition FCD in die retrograde Endposition FCR entladen. Diese kontinuierlichen Variationen des Winkels der Tangente am Kontaktpunkt und der Spannung der Feder zeigen sich in einer kontinuierlichen Variation des übertragenen Drehmoments, das ein Maximum in der Inflexionswinkelposition R2 durchläuft. Das Profil der Nocke kann auf diese Weise angepasst werden, wobei der Durchmesser der Walze 18.24 berücksichtigt wird, so dass das resultierende Drehmoment C2 der Kurve der 2 folgt.
In den 9 bis 11 ist eine weitere Ausführungsart eines Zweimassen-Dämpfungsschwungrades 10 dargestellt, die den erfindungsgemäßen Filtermechanismus einschließt und insbesondere in den Ausführungen der 1 und 3 verwendbar ist. Das primäre Element 12 ist hier im Wesentlichen von zwei Führungsscheiben 12.1, 12.2 gebildet, die aneinander befestigt und mit einem Antriebskranz 12.3 verbunden sind, der dazu bestimmt ist, in ein Ritzel (nicht dargestellt) eines Starters einzugreifen. Eine der Führungsscheiben 12.2 ist mit einer Drehscheibe 12.4 verbunden, die einen Innenring eines Führungslagers 20 des sekundären Elements trägt. Der Außenring des Lagers ist an einem massiven sekundären Schwungrad 14.1 befestigt, an dem eine Scheibe 14.2 befestigt ist, die sich zwischen den beiden Führungsscheiben 12.1, 12.2 erstreckt.
Die Führungsscheiben 12.1, 12.2 umfassen Lagerungen 12.5, die von Stützflächen begrenzt sind, um Schraubenfedern 16.1, die kreisbogenförmig gebogen sind, in dem von den Führungsscheiben 12.1, 12.2 begrenzten aufzunehmen. Die sekundäre Scheibe 14.2 umfasst ihrerseits radiale Arme 14.3, die mit den Enden der Federn 16.1 interferieren, so dass sich jede Feder 16.1 mit einem Ende an einer Stützfläche, die auf den Führungsscheiben 12.1, 12.2 des primären Elements 12 ausgebildet ist, und mit dem gegenüberliegenden Ende an einem der Arme 14.3 der sekundären Scheibe 14.2 anliegend befindet. Die Anzahl von Federn 16.1 kann je nach gewählter Architektur variieren.
Zwischen dem primären Element 12 und dem sekundären Element 16 ist ein Mechanismus mit zwei Nocken 18.1 und zwei Walzenschiebern 18.2, die jeweils mit einer der Nocken 18.1 verbunden sind, angeordnet, wobei dieser Mechanismus den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 darstellt. In diesem Beispiel und wie in 10 dargestellt, ist jede Nocke 18.1 konvex und radial nach außen gerichtet, wobei jeder Schieber 18.2 radial außerhalb der zugehörigen Nocke 18.1 angeordnet ist. Jeder Walzenschieber 18.2 umfasst einen Zylinder 18.21, der am primären Schwungrad 12.1 befestigt ist und eine Schubachse 200 parallel zur Umdrehungsachse aufweist, die als äußeres Führungselement für eine Spiralfeder 18.22 und ein geführtes Element dient, das von einem Walzenträger 18.23 gebildet ist, der durch die Feder 18.22 radial nach innen geschoben wird. Der Walzenträger trägt eine Walze 18.24, die auf der Nocke 18.1 rollt, die auf dem sekundären Dämpfungsschwungrad 14.1 ausgebildet ist. Die beiden Nocken 18.1, von denen nur eine in den Figuren dargestellte ist, haben identische Profile und sind zueinander zur Umdrehungsachse 100 symmetrisch. Die Walzenschieber 18.2 sind ebenfalls diametral entgegengesetzt, so dass die Beiträge der beiden Schieber 18.2 identisch sind und sich in allen Winkelpositionen des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 addieren.
Die Federn 16.1 stellen gemeinsam den bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 dar, der eine Ausgleichsposition aufweist, in der die von den beiden gebogenen Federn 16.1 auf das sekundäre Element 14 ausgeübten Drehmomente zueinander entgegengesetzt sind und sich ausgleichen. Diese Ausgleichsposition entspricht der Referenzwinkelposition R1 der 2. Beiderseits dieser Referenzposition R1 gestatten die beiden Federn 16.1 einen Winkelausschlag von 60°, d. h. eine Endposition in direkter Richtung FCD bei +100° und eine Endposition in retrograder Richtung FCR bei –20°. In jeder, direkten oder retrograden, Endposition sind die Windungen der Federn 16.1 aneinander liegend und stellen einen positiven Anschlag für den Mechanismus dar. Das resultierende Drehmoment, das an das sekundäre Element 14 durch den bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 angelegt wird, folgt der Kurve C1 der 2 in Abhängigkeit von der Position θ des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12. In jedem Punkt θ des Funktionsbereichs zwischen den beiden Winkelendpositionen ist das Drehmoment C1 proportional zu der Verformung der Federn, somit zu der Winkelentfernung (θ – θ_R1) in Bezug zu der Referenzwinkelposition θ_R1, und stellt der Proportionalitätsfaktor die Gesamtsteifigkeit K1 des bidirektionalen Speichers von potentieller elastischer Energie dar.
Der Mechanismus mit Nocken und Schiebern 18 stellt den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit parallel zum bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 dar. Für jede Winkelposition θ des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 wird die Axialkraft der Federn 18.22 der Walzenschieber 18.2 auf das primäre Element 12 mit einer orthoradialen Komponente übertragen, die ein Drehmoment C2 um die Umdrehungsachse definiert, wobei diese Komponente von der Spannung der Feder und dem Winkel der Nocke in der betreffenden Winkelposition θ abhängt. Ein Drehmoment derselben Amplitude und von entgegengesetzter Richtung wird auf das sekundäre Element mit Hilfe der Führungszylinder 18.21 der Federn 18.22 übertragen.
Die retrograde Endposition FCR entspricht einer maximalen Kompression der Federn 18.22 der Schieber 18.2 und die direkte Endposition FCD einer maximalen Ausdehnung der Federn 18.22. Der Winkel zwischen einerseits der Tangente an die Oberfläche jeder Nocke 18.1 an dem Kontaktpunkt mit der zugehörigen Walze 18.24 und andererseits einer Ebene senkrecht auf die Umdrehungsachse 100 ist gleich Null in den direkten FCD und retrograden FCR Endpositionen. Zwischen diesen beiden Positionen variiert der Winkel kontinuierlich, aber ohne das Vorzeichen zu ändern, so dass sich die Federn 18.24 kontinuierlich von der direkten Endposition FCD in die retrograde Endposition FCR entladen. Diese kontinuierlichen Variationen des Winkels der Tangente am Kontaktpunkt und der Spannung der Feder zeigen sich in einer kontinuierlichen Variation des übertragenen Drehmoments, das ein Maximum in der Inflexionswinkelposition R2 durchläuft. Das Profil der Nocke kann auf diese Weise angepasst werden, wobei der Durchmesser der Walze 18.24 berücksichtigt wird, so dass das resultierende Drehmoment C2 der Kurve der 2 folgt.
In 12 ist ein Zweimassen-Dämpfungsschwungrad nach einer Variante der Mechanismen der 5 bis 11 dargestellt, das dazu bestimmt ist, wie die vorhergehenden, in eine kinematische Übertragungskette eines der in den 1 bis 3 dargestellten Typen integriert zu werden. Das primäre Element 12 ist, wie bei der vorhergehenden Ausführungsart, von Führungsscheiben gebildet, von denen nur eine 12.1 dargestellt ist, und zwischen denen eine sekundäre Scheibe 14.2 angeordnet ist. Ein bidirektionaler Speicher von potentieller elastischer Energie 16 ist, wie bei der vorhergehenden Ausführungsart von zwei gebogenen Schraubenfedern 16.1 gebildet, die zwischen den Führungsscheiben und der Scheibe 14.2 angeordnet sind.
Auf der Führungsscheibe 12.1 sind zwei Nocken 18.1 ausgebildet, die radial nach innen gerichtet und zueinander in Bezug zur Umdrehungsachse 100 symmetrisch sind. In diesem Beispiel und wie in 12 dargestellt, sind die beiden Nocken hier konkav und radial nach innen gerichtet. Die Scheibe 14.2 ist mit zwei gegenüberliegenden radialen Schiebern 18.2 ausgestattet, die jeweils einer der Nocken 18.1 zugeordnet und radial innerhalb der zugehörigen Nocke 18.1 angeordnet sind. Jeder Schieber 18.2 umfasst ein Führungselement, das von einem Zylinder 18.21 gebildet ist, dessen Achse 300 in Bezug zur Umdrehungsachse 100 radial ist, das als Führung für eine Kompressionsfeder dient, die vorzugsweise einem Führungskolben (nicht dargestellt), der in dem Zylinder 18.21 gleitet, zugeordnet ist. Das äußere radiale Ende des Schiebers 18.2 ist mit einer Walze 18.24 versehen, die an der zugehörigen Nocke 18.1 zur Anlage gelangt. Die beiden den zwei Nocken 18.1 zugeordneten Schieber 18.2 stellen einen Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 parallel zu dem bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 dar. Die direkte Endposition FCD entspricht einer maximalen Kompression der Federn und die retrograde Endposition FCR einer maximalen Ausdehnung der Federn. Der Winkel zwischen der Tangente jeder Nocke 18.1 an dem Kontaktpunkt mit der zugehörigen Walze 18.24 und der radialen Richtung in Bezug zur Umdrehungsachse 100 variiert in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen dem sekundären Element 14 und dem primären Element 12. Dieser Winkel ist ein rechter Winkel in der retrograden Endposition, so dass die von dem Schieber auf die Nocke in dieser Position ausgeübte Kraft rein radial ist und kein Drehmoment um die Umdrehungsachse erzeugt. Dasselbe gilt für die retrograde Endposition. Zwischen den beiden Endpositionen ist die Fläche der Nocke 18.1 immer derart ausgerichtet, dass die Wirkung der Schieber den Mechanismus in die retrograde Endposition FCR drückt und kontinuierlich variiert. Aus der kontinuierlichen Variation des Winkels der Tangente am Kontaktpunkt und der begleitenden Variation der Spannung der Federn 18.24 ergibt sich eine kontinuierliche Variation des auf das primäre Element 12 übertragenen Drehmoments und das auf das sekundäre Element 14 übertragenen entgegengesetzten Drehmoments.
In 13 sind in Abhängigkeit von der Winkelposition θ der sekundären Scheibe 14.2 in Bezug zu der Führungsscheibe 12.1 des primären Elements das Drehmoment C1, das auf den ersten Energiespeicher 16 zurückgeht, das Drehmoment C2, das auf den zweiten Energiespeicher 18 zurückgeht und das resultierende Drehmoment C3 = C1 + C2 dargestellt. Der Winkel der Nocke variiert derart, dass die Kurve C2 ein Maximum in einer Inflexionswinkelposition R2 durchläuft, die in diesem Beispiel praktisch mit R1 zusammenfällt. In dem Funktionsbereich zwischen der Referenzzwischenposition R2 und der direkten Endposition FCD ist die äquivalente Steifigkeit, die durch den zweiten Speicher von elastischer Energie 18 eingeleitet wird, negativ, und ist die offensichtliche Steifigkeit, die sich aus dem Zweimassen-Dämpfungsschwungrad ergibt, die die Abzweigung der Drehmomentkurve C3 = C1 + C2 ist, geringer als die Steifigkeit des ersten Speichers von elastischer Energie.
In den 14 bis 19 ist ein Filtermechanismus 10 nach einer dritten Ausführungsart der Erfindung dargestellt, der dieses Mal in einen Langhubdämpfer 6 gemäß der Ausführung aus 4 integriert ist. Das primäre Element 12 ist hier im Wesentlichen von zwei Führungsscheiben 12.1, 12.2 gebildet, die aneinander befestigt sind. Die Führungsscheiben 12.1, 12.2 sind mit einem Ring 12.3 verbunden, der gleitend auf einer Nabe 15.1 montiert ist, um sich um die Umdrehungsachse 100 in Bezug zur Nabe zu drehen. Die Nabe 15.1 ist mit einer Scheibe 15.2 verbunden, die sich zwischen den beiden Führungsscheiben erstreckt, und bildet mit der Scheibe 15.2 das ternäre Element 15 aus 4. Eine Phasenscheibe 14.1, die ein sekundäres Element 14 bildet, das kinematisch zwischen dem primären 12 und dem ternären Element 15 angeordnet ist, ist ebenfalls zwischen den Führungsscheiben 12.1, 12.2 montiert, um sich um die Umdrehungsachse 100 sowohl in Bezug zu den Führungsscheiben 12.1, 12.2 des primären Elements 12 als auch in Bezug zu der Scheibe 15.2 des ternären Elements 15 zu drehen.
Die Führungsscheiben 12.1, 12.2 sind mit Öffnungen 12.5 versehen, die es ermöglichen, Schraubenfedern 16.1, 17.1, die kreisbogenförmig gebogen sind, in dem von den Führungsscheiben 12.1, 12.2 begrenzten Volumen aufzunehmen. Die Schraubenfedern 16.1, 17.1 gehören zwei Gruppen an. Eine erste Gruppe 16.1 arbeitet zwischen den Führungsscheiben 12.1, 12.2 und Armen 14.3 der Phasenscheibe 14.1 des sekundären Elements 14, während die zweite Gruppe 17.1 zwischen den Armen 14.3 der Phasenscheibe 14.1 und Armen 15.3 der ternären scheibe 15.2 arbeitet. Jede Feder der ersten Gruppe befindet sich mit einem Ende an einem Rand 12.6 einer der Öffnungen 12.5 der Führungsscheiben 12.1, 12.2 des primären Elements 12 und mit dem gegenüberliegenden Ende auf einer Stützfläche eines der Arme 14.3 der Phasenscheibe 14.1 anliegend. Jede Feder 17.1 der zweiten Gruppe befindet sich mit einem Ende an einem Arm 14.3 der Phasenscheibe 14.2 und mit dem gegenüberliegenden Ende an einem der Arme 15.3 des sekundären Elements anliegend. In dem dargestellten Beispiel umfasst jede Gruppe 16, 17 drei Paare von Federn 16.1, 17.1, wobei jedes Paar eine gebogene Außenfeder und eine Innenfeder umfasst, die in der Außenfeder derart angeordnet ist, dass sie parallel mit der Außenfeder auf der gesamten Strecke des Winkelausschlags zwischen den Endpositionen arbeitet. Die Federn 16.1 der ersten Gruppe arbeiten parallel, ebenso wie die Federn 17.1 der zweiten Gruppe, und die Federn 16.1 der ersten Gruppe befinden sich in Serie mit den Federn 17.2 der zweiten Gruppe.
Aus dieser Anordnung ergibt es sich, dass, wenn sich die Scheibe 15.2 des ternären Elements in Bezug zu den Führungsscheiben 12.1, 12.2 des primären Elements um die Umdrehungsachse 100 zwischen zwei ternären Endpositionen dreht, die Phasenscheibe 14.1 einen Winkelhub in Bezug zu den Führungsscheiben 12.1, 12.2 des primären Elements beiderseits einer Referenzposition R1 entsprechend dem Gleichgewicht des Drehmoments, das sich aus der Wirkung der Federn 16.1 der ersten Gruppe auf die Phasenscheibe 14.1 ergibt, und des antagonistischen Drehmoments, das sich aus der Wirkung der Federn 17.1 der zweiten Gruppe auf die Phasenscheibe 14.1 ergibt, hat. Die beiden Gruppen von Federn sind vorzugsweise identisch, so dass sich diese Referenzposition R1 auf halbem Weg zwischen einer retrograden Endposition FCR und einer direkten Endposition FCD der Phasenscheibe 14.1 in Bezug zu den Führungsscheiben 12.1, 12.2 des primären Elements befindet. Überdies hat die Tatsache, dass die Federn 16.1, 17.1 der beiden Gruppen identisch sind, auch zur Folge, dass die Amplitude des Winkelhubs des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12 die Hälfte der Amplitude des Winkelhubs zwischen dem ternären Element 15 und dem primären Element 12 ist. In der Praxis ist bei einem Winkelhub zwischen ternärem und primärem Element von ±30° der Winkelhub der Phasenscheibe 14.1 in Bezug zum primären Element 12 nur ±15°.
Zwischen dem primären Element 12 und dem sekundären Element 14 sind Gelenkzylinder oder Teleskopstangen 118, hier in der Anzahl von drei, angeordnet. Jede Teleskopstange umfasst ein Führungselement, das von einem zylindrischen Gehäuse 118.1 gebildet ist, das in Bezug zu der sekundären Phasenscheibe 14.1 um eine Schwingungsachse 14.10 parallel zur Umdrehungsachse angelenkt ist, wobei ein geführtes Element, das von einem Kolben 118.2 gebildet ist, in dem Gehäuse 118.1 gleitet und an der primären Führungsscheibe 12.1 um eine Schwingungsachse 12.10 parallel zur Umdrehungsachse 100 angelenkt ist, und ein komprimierbares Fluid 118.3, das in dem zylindrischen Gehäuse 118.1 komprimiert wird und das Gehäuse 118.1 und den Kolben 118.2 derart belastet, dass sich die Schwingungsachsen 12.10, 14.10 voneinander in eine ausgefahrene Position entfernen. Wenn der Winkel zwischen dem primären Element 12 und dem sekundären Element 14 variiert, verlängert sich oder verkürzt sich jede Teleskopstange 118, wobei sie in Bezug zu dem primären Element 12 und dem sekundären Element 14 schwenkt, wobei die Bewegung der Teleskopstangen 118 eben, d. h. immer parallel zu einer selben Ebene senkrecht auf die Umdrehungsachse 100, ist. Auf diese Weise kann für jede Teleskopstange 118 in einer Ebene senkrecht auf die Umdrehungsachse 100 eine Stangenachse 118.10 definiert werden, die die beiden Schwingungsachsen 12.10, 14.10 schneidet.
Die erste Gruppe von Schraubenfedern 16.1 stellt einen bidirektionalen Speicher von elastischer Energie zwischen den Führungsscheiben 12.1, 12.2 des primären Elements 12 und der Phasenscheibe 14.1 dar, der eine Ausgleichsposition aufweist, in der die von den Federn der ersten Gruppe auf die sekundäre Phasenscheibe ausgeübten Kräfte zueinander entgegengesetzt sind und sich ausgleichen. Diese Ausgleichsposition ist in den 16 und 17 dargestellt und entspricht der Referenzwinkelposition R1 der 2. Beiderseits dieser Ausgleichsposition gestatten die Federn 16.1 einen Winkelausschlag von 15°, d. h. eine Endposition in direkter Richtung FCD bei +15°, die in den 18 und 19 dargestellt ist, und eine Endposition in retrograder Richtung bei –15°, die in den 14 und 15 dargestellt ist. Anschläge (nicht dargestellt) gewährleisten die Endpositionen.
In dem Diagramm der 20 sind auf ähnliche Weise wie in 2 auf der Abszisse die laufende Winkelposition des sekundären Elements 14 in Bezug zu dem primären Element 12 um die Umdrehungsachse zwischen der retrograden Endposition FCR, hier –15°, und der direkten Endposition FCD, hier +15°, und auf der Ordinate das Drehmoment (in Nm) eingetragen.
Das resultierende Drehmoment, das an das sekundäre Element 14 durch den bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16, der von den Federn 16.1 der ersten Gruppe gebildet ist, angelegt wird, folgt der Kurve C1 der 20 in Abhängigkeit von der Position des sekundären Elements 14 in Bezug zum primären Element 12. An jedem Punkt des Funktionsbereichs zwischen den beiden Winkelendpositionen ist das Drehmoment C1 proportional zur Verformung der Federn 16.1, somit zur Winkelverlängerung in Bezug zur Referenzwinkelposition R1, und stellt der Proportionalitätsfaktor die Gesamtsteifigkeit K1 des bidirektionalen Speichers von potentieller elastischer Energie 16 dar.
Die drei Teleskopstangen 118.1 stellen gemeinsam den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 aus 4 parallel mit dem bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16 dar. Die direkte Endposition FCD, die in den 18 und 19 dargestellt ist, entspricht einer maximalen Kontraktion der Teleskopstangen 118.1 und einer maximalen Kompression des komprimierbaren Fluids 118.3, somit einem Maximum an potentieller elastischer Energie, und die retrograde Endposition FCR der 14 und 15 entspricht einer maximalen Ausdehnung der Teleskopstangen 118.1 und einer Entspannung des komprimierbaren Fluids 118.3, somit einem Minimum an potentieller elastischer Energie. In der direkten Endposition FCD sind die Achsen 118.10 der Teleskopstangen 118.1 radial ausgerichtet, so dass die resultierenden Kräfte im Bereich der Phasenscheibe 14.1 und der Führungsscheiben 12.1, 12.2 kein Drehmoment um die Umdrehungsachse 100 erzeugen. In der retrograden Endposition FCR hingegen ist der Winkel der Stangenachsen 118.10 günstig für die Übertragung eines Drehmoments, aber dieses ist gering oder gleich Null, da das komprimierbare Fluid 118.10 entspannt ist und die Stangen 118.1 am Ausdehnungsanschlag sind. Zwischen den beiden Endpositionen variiert das Drehmoment, das von den Teleskopstangen 118.1 auf dem primären Element 12 und dem sekundären Element 14 erzeugt wird, in Abhängigkeit von der Kompression des komprimierbaren Fluids 118.3 und der Ausrichtung der Stangenachsen 118.10, drückt aber immer den Filtermechanismus 10 in die retrograde Endposition FCR. Wobei die Menge an komprimierbarem Fluid, die Oberfläche und der Hub des Kolbens 118.2 dimensioniert werden, kann eine Drehmomentkurve C2 erhalten werden, die das in 20 dargestellte Merkmal aufweist, wobei sie in einer Referenzzwischenposition R2, die sich zwischen der retrograden Endposition FCR und der ersten Referenzzwischenposition R1 befindet, ein Maximum durchläuft. Daraus ergibt sich, wie in Zusammenhang mit 2 besprochen, dass der von den Teleskopstangen 118.1 gebildete zweite Energiespeicher 18 eine negative offensichtliche Steifigkeit K2 auf dem Teil der Strecke zwischen der Inflexionswinkelposition R2 und der direkten Endposition FCD mit den günstigen Auswirkungen auf die Dämpfung der vorher besprochenen starken Drehmomente aufweist.
Es ist anzumerken, dass bei der Ausführungsart der 14 bis 19 die Kompressionskammern, die zwischen den zylindrischen Gehäusen 118.1 und den Kolben 118.2 gebildet sind, mit einem Behälter mit einem gegebenen festen Volumen verbunden sein können, um gegebenenfalls das Aktivvolumen an komprimierbarem Fluid zu erhöhen. Als Variante kann auch vorgesehen sein, ein komprimierbares Fluid und einen Behälter mit elastisch verformbaren Wänden zu verwenden. Die Gelenkzylinder können auch durch Teleskopstangen ersetzt werden, die eine Feder, beispielsweise eine mit Kompression funktionierende Feder, einschließen.
In den 21 bis 24 sind verschiedene Details eines Filtermechanismus, der in ein Zweimassen-Dämpfungsschwungrad integriert ist, dargestellt, der ähnlich der Ausführungsart der 5 bis 8 ist. Im vorliegenden Fall sind in 21 ein primäres Element 12, umfassend zwei Führungsscheiben 12.1, 12.2, ein sekundäres Element 14, umfassend ein sekundäres Schwungrad 14.1, das mit einer Scheibe 14.2 verbunden ist, die zwischen den beiden Führungsscheiben 12.1, 12.2 eingesetzt ist, und Federn 16.1 zu sehen, die einem bidirektionalen Speicher von potentieller elastischer Energie 16.1 angehören und zwischen dem primären 12 und sekundären Element 14 angeordnet sind. Mit der Führungsscheibe 12.2 ist ein Ring 18.1, der in 23 dargestellt ist, verbunden, der eine ringförmige Nocke bildet. Die ringförmige Nocke 18.1 ist zu ihrer Achse symmetrisch, so dass sie zwei Nockensektoren in einem Winkel von 180° zueinander definiert. Eine ringförmige Membranfeder 18.2, die in 24 dargestellt ist, ist ihrerseits am sekundären Schwungrad gegenüber der ringförmigen Nocke 18.1 befestigt. Die ringförmige Membranfeder 18.2 ist mit zwei elastischen Laschen 18.21, 18.22 versehen, die einander diametral gegenüberliegen und jeweils mit einem der Sektoren der Nocke 18.1 verbunden sind und radial und axial zu der Nocke überragen, um an der Nocke 18.1 axial zur Anlage zu gelangen, wie in 22 dargestellt. Wenn sich das primäre Element 12 in Bezug zum sekundären Element 14 dreht, gleiten die Laschen 18.21, 18.22 auf der Nocke 18.1 und erzeugen eine Kraft, die in Abhängigkeit von der Winkelposition variiert und eine axiale Komponente und eine orthoradiale Komponente hat. Die Nocke 18.1 und die Membranfeder 18.2 bilden gemeinsam den Speicher von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit 18 dieser Ausführungsart. Nach demselben Prinzip wie bei den vorhergehenden Ausführungsarten stellt die orthoradiale Komponente den Mechanismus in die retrograde Endposition FCR zurück, aber ist das Rückstellmoment umso geringer, als sich der direkten Endposition FCD angenähert wird. Auf diese Weise ist eine Drehmomentkurve ähnlich dem Diagramm der 2 zu finden.
Als Variante ist es natürlich möglich, jede der elastischen Laschen mit einer auf der Nocke rollenden Walze zu versehen.
Natürlich sind zahlreiche weitere Varianten möglich. Bei allen Ausführungsarten ist es möglich, für den zweiten Speicher von potentieller elastischer Energie Zylinder mit komprimierbarem Fluid oder Federn, spiralförmig oder nicht, mit variabler Steigung oder nicht, zu wählen. Weitere elastische Elemente sind auch vorstellbar, insbesondere Elemente, die ein nicht komprimierbares Fluid und eine Kammer mit nach einem elastischen Gesetz variablem Volumen kombinieren. Es ist auch möglich, Elemente mit komprimierbarem Fluid und Elemente mit Federn zu kombinieren.
Die verschiedenen dargestellten Strukturen für den zweiten Speicher von elastischer Energie, nämlich der Mechanismus mit Nocken und Axialschiebern aus 5 bis 8, der Mechanismus mit Nocken und Radialschiebern aus 9 und der Mechanismus mit Teleskopstangen aus den 11 bis 16, sind untereinander austauschbar und sowohl für Zweimassen-Dämpfungsschwungräder als auch für Langhubdämpfer verwendbar. Die Mechanismen und die Filtermethode gemäß der Erfindung können für kinematische Übertragungsketten eingesetzt werden, sie sich von den in den 1 bis 4 dargestellten unterscheiden. Beispielsweise kann eine Verwendung in Anlagen ohne Kupplung 5 vorgesehen werden.
Der erste Speicher von elastischer Energie hat nicht notwendigerweise ein konstantes Steifigkeitsmerkmal K1. Er kann insbesondere ein Steifigkeitsmerkmal haben, das sich verringert, wenn der Ausschlag in Bezug zur Referenzwinkelposition R1 größer wird, was eine zusätzliche günstige Auswirkung auf das Gesamtmerkmal des Filtermechanismus hat.

Claims

Mechanismus (10) zur Filterung von Drehmomentschwankungen um eine Umdrehungsachse (100), umfassend: – ein primäres Element (12), das sich um die Umdrehungsachse (100) dreht, und – ein sekundäres Element (14), das sich um die Umdrehungsachse (100) dreht und geeignet ist, im Winkel relativ zu dem primären Element (12) in einer direkten Schwingungsrichtung zumindest von einer retrograden Winkelendposition in eine direkte Winkelendposition und in einer retrograden Schwingungsrichtung, die zu der direkten Schwingungsrichtung entgegengesetzt ist, von der direkten Winkelendposition in die retrograde Winkelendposition zu schwingen, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus außerdem umfasst eine Vorrichtung (16, 18) zur Speicherung von potentieller elastischer Energie, die zwischen dem primären Element (12) und dem sekundären Element (14) angeordnet ist, um ein Rückstellmoment des sekundären Elements (14) in eine Zwischenausgleichsposition (PES) zwischen der retrograden Winkelendposition (FCR) und der direkten Winkelendposition (FCD) zu erzeugen, wobei das Rückstellmoment von einem negativen Minimalwert, wenn sich das sekundäre Element in der retrograden Winkelendposition (FCR) befindet, zu einem positiven Maximalwert, wenn sich das sekundäre Element (14) in der direkten Winkelendposition (FCD) befindet, kontinuierlich steigend variiert, mit einer variablen Winkelsteifigkeit, die in einem Schwingungsbereich, der sich zwischen einer Inflexionswinkelposition (R2) und der direkten Winkelendposition (FCD) befindet, geringer als eine mittlere Steifigkeit zwischen der retrograden Endposition (FCR) und der direkten Endposition (FCD) ist, welche definiert ist als das Verhältnis zwischen einerseits der Differenz zwischen dem positiven Maximalwert des Rückstellmoments in die direkte Endposition und dem negativen Minimalwert des Rückstellmoments in die retrograde Endposition und andererseits der Winkeldifferenz zwischen der direkten Winkelendposition (FCD) und der retrograden Winkelendposition (FCR).
Mechanismus zur Filterung von Drehmomentschwankungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenn sich das sekundäre Element in einer Winkelausschlagzone von geringer Steifigkeit befindet, die mindestens 40% und vorzugsweise mindestens 50% der Strecke zwischen der Inflexionswinkelposition (R2) und der direkten Winkelendposition (FCD) abdeckt, der Mechanismus eine offensichtliche Winkelsteifigkeit aufweist, die kleiner ist als 80% der mittleren Steifigkeit.
Mechanismus zur Filterung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Speicherung von potentieller elastischer Energie einen Speicher (18) von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit umfasst, der zwischen dem primären Element (12) und dem sekundären Element (14) angeordnet ist, um potentielle elastische Energie zu speichern, zumindest wenn sich das sekundäre Element (14) in die direkte Richtung von einer Zwischeninflexionswinkelposition (R2) zwischen der retrograden Winkelendposition (FCR) und der direkten Winkelendposition (FCD) entfernt, und um eine Arbeit auszuführen, zumindest wenn sich das sekundäre Element (14) in die retrograde Richtung der Inflexionswinkelposition (R2) annähert, wobei eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen dem primären Element und dem sekundären Element erzeugt wird, wobei die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der Inflexionswinkelposition und der direkten Winkelendposition negativ ist.
Mechanismus zur Filterung von Drehmomentschwankungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Speicherung von potentieller elastischer Energie einen bidirektionalen Speicher (16) von potentieller elastischer Energie umfasst, der zwischen dem primären Element (12) und dem sekundären Element (14) angeordnet ist, um potentielle elastische Energie zu speichern, wenn sich das sekundäre Element (14) in die direkte Richtung von einer Zwischenreferenzwinkelposition (R1) zwischen der retrograden Winkelendposition (FCR) und der direkten Winkelendposition (FCD) entfernt, und um eine Arbeit auszuführen, wenn sich das sekundäre Element der Referenzwinkelposition (R1) in der direkten Schwingungsrichtung und in der retrograden Schwingungsrichtung annähert, wobei eine offensichtliche Winkelsteifigkeit K1 zwischen dem primären Element und dem sekundären Element erzeugt wird.
Mechanismus zur Filterung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Inflexionswinkelposition (R2) zwischen der retrograden Winkelendposition (FCR) und der Referenzwinkelposition (R1) angeordnet ist.
Mechanismus zur Filterung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bidirektionale Speicher (16) von potentieller elastischer Energie ein Rückstellmoment C1 auf dem sekundären Element (14) erzeugt, und der Speicher (18) von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit ein Rückstellmoment C2 auf dem sekundären Element (14) erzeugt, das sich bei Nichtvorhandensein einer Drehung des Mechanismus mit dem Rückstellmoment C1 ausgleicht, wenn sich das sekundäre Element in einer statischen Zwischenausgleichsposition (PES) zwischen der retrograden Endposition (FCR) und der Referenzwinkelposition (R1) und vorzugsweise zwischen der retrograden Endposition (FCR) und der Inflexionswinkelposition (R2) befindet.
Mechanismus zur Filterung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die offensichtliche Winkelsteifigkeit K1 konstant ist oder um weniger als 10% variiert, wenn das sekundäre Element (14) von der retrograden Endposition (FCR) in die direkte Endposition (FCD) übergeht.
Mechanismus zur Filterung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 einen Absolutwert größer als 25% und vorzugsweise größer als 40% des Absolutwerts der offensichtlichen Winkelsteifigkeit K1 auf einem Abschnitt von mindestens 40% und vorzugsweise von mindestens 50% der Strecke zwischen der Inflexionswinkelposition (R2) und der direkten Winkelendposition (FCD) hat.
Mechanismus zur Filterung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bidirektionale Speicher (16) von potentieller elastischer Energie Federn (16.1) umfasst, die zwischen dem primären Element (12) und dem sekundären Element (14) arbeiten.
Mechanismus zur Filterung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (18) von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit derart angeordnet ist, dass er potentielle elastische Energie speichert, wenn sich das sekundäre Element (14) der Zwischeninflexionswinkelposition (R2) in der direkten Richtung annähert, und eine Arbeit ausführt, wenn sich das sekundäre Element (14) von der Inflexionswinkelposition (R2) in der retrograden Richtung entfernt, wobei die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der retrograden Winkelendposition (FCR) und der Inflexionswinkelposition (R2) positiv ist.
Mechanismus zur Filterung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die offensichtliche Winkelsteifigkeit K2 zwischen der retrograden Endposition (FCR) und der zweiten Referenzwinkelposition (R2) in direkter Richtung kontinuierlich abnimmt.
Mechanismus zur Filterung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (18) von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit ein Führungselement (18.21, 118.1) und ein geführtes Element (18.23, 118.2) umfasst, das mit dem Führungselement (18.21, 118.1) zusammenwirkt, um sich in Bezug zu dem Führungselement (18.21, 118.1) auf einer relativ zum Führungselement (18.21, 118.1) festen Führungsbahn (200, 300, 18.10) in eine Arbeitsrichtung, um eine Arbeit auszuführen, und in eine Speicherrichtung, um potentielle elastische Energie zu speichern, zu bewegen.
Mechanismus zur Filterung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (18) von potentieller elastischer Energie mit variabler Steifigkeit ein Element zum Speichern von potentieller elastischer Energie umfasst, vorzugsweise eine mechanische Feder (18.22) oder pneumatische Feder (118.3), die zwischen dem Führungselement (18.21, 118.1) und dem geführten Element (18.23, 118.2) wirkt.
Mechanismus zur Filterung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (200, 300, 18.10) geradlinig ist.
Kinematische Übertragungskette, umfassend ein treibendes Element (2), ein angetriebenes Element (3), eine Kupplung (5), die sich zwischen dem treibenden Element (2) und dem angetriebenen Element (3) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen Mechanismus (10) zur Filterung nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst, der kinematisch zwischen das treibende Element (2) und die Kupplung (5) zwischengeschaltet ist.