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Die Erfindung betrifft eine Schwingungsisolationseinrichtung zur Isolation von Drehschwingungen einer Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem um eine Drehachse angeordneten Eingangsteil.
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Gattungsgemäße Schwingungsisolationseinrichtungen dienen der Isolation von Drehschwingungen nach den beiden grundsätzlichen Funktionen einer Drehschwingungsdämpfung und einer Drehschwingungstilgung. Drehschwingungstilger sind aus Antriebssträngen als Riemenscheibendämpfer beispielsweise aus der
DE 41 03 213 A1 oder als Kurbelwellendämpfer beispielsweise aus der
DE 198 40 664 A1 hinreichend bekannt. Hierbei ist eine um eine Drehachse angeordnete Tilgermasse mittels einer in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung drehelastisch angeordnet. Derartige Drehschwingungstilger sind durch entsprechende Auslegung der Tilgermasse und der Federeinrichtung auf eine vorgegebene Schwingungsfrequenz ausgelegt.
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Desweiteren sind drehzahladaptive Drehschwingungstilger in Form von Fliehkraftpendeln beispielsweise aus der
DE 10 2012 221 956 A1 bekannt. Derartige drehzahladaptive Drehschwingungstilger entfalten ihre Wirkung erst bei größeren Drehzahlen mit ausreichender Fliehkraft.
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Bei Antriebssträngen mit Brennkraftmaschinen, die bei geringen Drehzahlen bereits hohe nutzbare Drehmomente erzeugen, ist eine Drehschwingungsisolation bereits bei geringen Drehzahlen, beispielsweise bei Drehzahlen bereits unter 1000 rpm notwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Schwingungsisolationseinrichtung insbesondere zur Drehschwingungsisolation über einen großen Drehzahlbereich. Insbesondere soll eine derartige Schwingungsisolationseinrichtung bereits bei niedrigen Drehzahlen eine Schwingungsisolation erzielen, ohne eine Schwingungsisolation im übrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu vernachlässigen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Die vorgeschlagene Schwingungsisolationseinrichtung dient der Isolation von Drehschwingungen einer Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Hierzu weist die Schwingungsisolationseinrichtung ein um eine Drehachse angeordnetes Eingangsteil auf. Das Eingangsteil ist mittelbar oder unmittelbar von der Brennkraftmaschine drehangetrieben. Das Eingangsteil dient dem Eintrag von Drehmoment in zwei Drehschwingungstilger, wobei diese einteilig oder getrenntteilig dem Eingangsteil zugeordnet sind beziehungsweise dieses bilden. Das Eingangsteil überträgt je nach Ausbildung der Drehschwingungstilger Moment auf die Tilgermassen der Drehschwingungstilger. Um die Schwingungsisolationseinrichtung auf die in der Brennkraftmaschine auftretenden Drehschwingungen über den gesamten Drehzahlbereich abzustimmen, sind dem Eingangsteil ein drehzahladaptiver Drehschwingungstilger und ein konventioneller mit einer mittels einer in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung begrenzt gegenüber dem Eingangsteil verdrehbaren Tilgermasse versehener Drehschwingungstilger parallel geschaltet zugeordnet. Hierbei kann der drehzahladaptive Drehschwingungstilger als Fliehkraftpendel ausgebildet sein.
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Zwischen dem Eingangsteil und der Tilgermasse des konventionellen Drehschwingungstilgers ist eine in Umfangsrichtung wirksame Federeinrichtung vorgesehen. Beispielsweise ist die Federeinrichtung aus über den Umfang verteilt angeordneten Schraubendruckfedern gebildet, wobei das Eingangsteil und die Tilgermasse über entsprechende Beaufschlagungseinrichtungen zur stirnseitigen Beaufschlagung der Schraubendruckfedern verfügen. Desweiteren ist die Tilgermasse gegenüber der Drehachse beispielsweise an dem Eingangsteil zentriert.
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Zur verbesserten Schwingungsisolation über den vorgesehenen Drehzahlbereich des konventionellen Drehschwingungstilgers ist zu diesem parallel der drehzahladaptive Drehschwingungstilger angeordnet, dessen Tilgermasse zumindest teilweise aus über den Umfang verteilt angeordneten, um eine radial zu der Drehachse beabstandete Pendelachse pendelfähig angeordneten Pendelmassen gebildet ist. Die Pendelmassen sind dabei exzentrisch zur Drehachse pendelnd beispielsweise mittels Pendellagern bevorzugt an einem Pendelmassenträger aufgehängt und nehmen unter Fliehkrafteinwirkung ihre Arbeitsposition ein, die durch die Drehschwingungen unter Energieaufnahme verstimmt wird, so dass ein tilgender Effekt auftritt. Die Pendellager sind hierbei aus komplementär zueinander ausgebildeten Laufbahnen in dem ersten Teil der Tilgermasse und in den Pendelmassen gebildet, auf denen jeweils ein Wälzkörper, beispielsweise eine Pendelrolle abwälzt. Die Pendellager bilden dabei eine vorgegebene Pendelbewegung ab, die kreisbogenförmig oder in nahezu jeder beliebigen Form ausgebildet, beispielsweise gegenüber der Kreisbogenform so verstimmt, beispielsweise endseitig mit verringertem Radius versehen sein kann, dass Anschläge der Pendelmassen an den maximalen Schwingwinkeln unwahrscheinlich sind. Die Pendellager werden beispielsweise mittels Ausnehmungen in dem Pendelmassenträger und in den Pendelmassen dargestellt, wobei an den Ausnehmungen entsprechend ausgebildete Laufbahnen vorgesehen sind, auf denen die Laufbahnen übergreifende Wälzkörper wie Pendelrollen oder dergleichen abwälzen.
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Die Laufbahnen können im einfachsten Fall eine monofilare Aufhängung der Pendelmassen im Sinne eines Fadenpendels abbilden, es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, eine bifilare Aufhängung der Pendelmassen mittels zwei in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager abzubilden. Hierbei kann eine einer parallelen Anordnung der Pendelfäden entsprechende Pendelbewegung vorgesehen sein. Bevorzugt wird eine einer trapezförmigen Anordnung der Pendelfäden entsprechende Pendelführung vorgeschlagen, bei der die Pendelmassen zusätzlich während der Pendelbewegung eine Eigenrotation ausführen, so dass eine zusätzliche Massenträgheit und damit eine verbesserte Isolationswirkung vorgesehen werden kann.
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Hierbei hat das Fliehkraftpendel vorteilhafterweise eine drehzahladaptive Antiresonanzstelle an den Drehschwingungsmaxima der Brennkraftmaschine. Dies bedeutet, dass sich die Isolationswirkung gegenüber dem übrigen Antriebsstrang an die Drehzahl der Brennkraftmaschine anpasst. Für den Drehzahlbereich, bei dem das Fliehkraftpendel infolge noch nicht ausreichender Fliehkraft bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine einen verringerten Wirkungsgrad aufweist, ist der konventionelle Drehschwingungstilger vorgesehen. Da die Antiresonanzstelle eines konventionellen Drehschwingungstilgers unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, wird dieser in bevorzugter Weise auf eine Drehzahl unterhalb des Drehzahlbereichs, in dem das Fliehkraftpendel wirksam ist, abgestimmt und damit die Isolationswirkung der Schwingungsisolationseinrichtung auf einen Bereich bei kleinen Drehzahlen, beispielsweise bei Drehzahlen kleiner 1000 rpm, in dem moderne Brennkraftmaschinen bereits ausreichende Drehmomente entwickeln, erweitert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Pendelmassenträger als Pendelflansch ausgebildet sein, an dem beidseitig und über den Umfang verteilt Pendelmassen angeordnet sind. Hierbei können axial gegenüberliegende Pendelmassen mittels Verbindungsmitteln, die an entsprechenden Ausnehmungen den Pendelflansch durchgreifen, zu Pendelmasseneinheiten verbunden sein. Die Pendellager sind in dieser Ausführungsform zwischen den Pendelmasseneinheiten und dem Pendelflansch gebildet, indem jeweils ein Wälzkörper die axial in Linie angeordneten Ausnehmungen durchgreift und auf den diesen zugeordneten Laufbahnen abwälzt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Fliehkraftpendel einen aus zwei Seitenteilen gebildeten Pendelmassenträger enthalten, welche Seitenteile zumindest an einem Aufnahmebereich axial zueinander beabstandet sind. In diesem Aufnahmebereich sind über den Umfang verteilt und pendelfähig Pendelmassen aufgenommen. Die Pendellager werden in diesem Ausführungsbeispiel durch Ausnehmungen und Laufbahnen in den Seitenteilen und in den Pendelmassen gebildet, wobei jeweils ein Wälzkörper axial in Linie angeordnete Ausnehmungen durchgreift und auf deren Laufbahnen abwälzt.
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Die Tilgermasse des konventionellen Drehschwingungstilgers kann zumindest teilweise aus Blech gestanzt und umgeformt sein. Die Tilgermasse kann radial außen einen axialen Ansatz aufweisen, der den drehzahladaptiven Drehschwingungstilger radial außen übergreift. Auf diese Weise kann der konventionelle Drehschwingungstilger einen Berstschutz ausbilden, der bei gegebenenfalls berstendem drehzahladaptivem Drehschwingungstilger hoch beschleunigte Teile zurückhält.
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Der konventionelle Drehschwingungstilger insbesondere dessen axialer Ansatz kann zumindest eine Zusatzmasse aufweisen. Zusatzmassen können aus massiven, einfachen oder gefalteten, aus Blech hergestellten Ringteilen gebildet sein. Ein Ringteil kann als Geberring mit Markierungen für die Steuerung der Brennkraftmaschine versehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann an der Tilgermasse ein Anlasserzahnkranz zum Start der Brennkraftmaschine angeordnet sein.
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Dem drehzahladaptiven Drehschwingungstilger kann zumindest eine drehstarre Zusatzmasse zugeordnet sein. Diese Zusatzmasse kann je nach Einsatz der Schwingungsisolationseinrichtung eine zusätzliche Funktion erfüllen. Beispielsweise kann die Zusatzmasse als Reibfläche einer Reibungskupplung vorgesehen sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Schwingungsisolationseinrichtung direkt an der Kurbelwelle aufgenommen sein. Hierzu kann das Eingangsteil der Schwingungsisolationseinrichtung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden sein. Insbesondere kann die Schwingungsisolationseinrichtung ein Einmassenschwungrad bilden. Hierzu kann das Eingangsteil eine Gegendruckplatte und Befestigungseinrichtungen für eine Reibungskupplung ausbilden. Beispielsweise kann der Pendelmassenträger mit dem Eingangsteil mittels Nieten verbunden oder einteilig aus diesem gebildet sein. Der konventionelle Drehschwingungstilger kann mit seinem Eingangsteil an dem Eingangsteil der Schwingungsisolationseinrichtung einteilig ausgebildet sein. Alternativ können der konventionelle Drehschwingungstilger und der drehzahladaptive Drehschwingungstilger voneinander getrennte Eingangsteile aufweisen, die gemeinsam an der Kurbelwelle als Eingangsteil der Schwingungsisolationseinrichtung aufgenommen sind. In diesem Falle kann das Eingangsteil des konventionellen Drehschwingungstilgers aus einem oder mehreren Scheibenteilen gebildet sein, welche die eingangsseitige Beaufschlagung und Aufnahme der Federeinrichtung bilden. Die Tilgermasse bildet dabei die ausgangsseitige Beaufschlagung der Federeinrichtung.
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Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt den oberen Teil einer um eine Drehachse angeordneten Schwingungsisolationseinrichtung im Schnitt.
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Die Figur zeigt den oberen Teil der um die Drehachse d angeordneten Schwingungsisolationseinrichtung 1 im Schnitt. Die Schwingungsisolationseinrichtung 1 ist als Einmassenschwungrad 2 ausgebildet, das mittels der Schrauben 3 an der Kurbelwelle 4 angeordnet ist. Das Eingangsteil 5 der Schwingungsisolationseinrichtung 1 ist an der Kurbelwelle 4 aufgenommen und enthält die beiden parallel zueinander geschalteten Drehschwingungstilger 6, 7. Zudem bildet das Eingangsteil 5 die Gegendruckplatte 8 der nur in vereinfachter Weise dargestellten Reibungskupplung 9.
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Das Eingangsteil 5 ist geteilt in das Eingangsteil 10 des konventionellen Drehschwingungstilgers 6 und die Gegendruckplatte 8, an der mittels der Niete 11 der Drehschwingungstilger 7 aufgenommen ist.
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Der konventionelle Drehschwingungstilger 6 weist zwischen dessen Eingangsteil 10, das aus den beiden Scheibenteilen 12, 13 gebildet ist, und der Tilgermasse 14 die Federeinrichtung 15 auf, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus über den Umfang verteilt angeordneten Schraubendruckfedern 16 gebildet ist. Die Scheibenteile 12, 13 sind radial innen mittels der Schrauben 3 an der Kurbelwelle 4 aufgenommen und bilden mittels ausgenommener Fenster die Aufnahme- und Beaufschlagungseinrichtungen für die Schraubendruckfedern 16. Von radial außen greift axial zwischen die Scheibenteile 12, 13 die aus Blech hergestellte Tilgermasse 14 ein und bildet die ausgangsseitigen Beaufschlagungseinrichtungen für die Schraubendruckfedern 16. Radial außen ist an der Tilgermasse 14 der axiale Ansatz 17 angeformt. Der axiale Ansatz 17 übergreift den Drehschwingungstilger 7 radial außen und bildet einen Berstschutz für diesen. An dessen Stirnseite ist die aus mehrfach umgelegten Blechlagen gebildete Zusatzmasse 18 angebracht, beispielsweise angeschweißt, die radial nach innen den Drehschwingungstilger 7 teilweise übergreifen und zu einer Verbesserung des Berstschutzes führen kann. An dem Außenumfang des axialen Ansatzes 17 sind der Anlasserzahnkranz 19 und das aus Blech hergestellte Ringteil 20 aufgenommen. Das Ringteil 20 kann als Zusatzmasse und Geberring für die Erfassung von Drehkennwerten der Schwingungsisolationseinrichtung 1 und damit der Kurbelwelle 4 zur Steuerung der Brennkraftmaschine dienen.
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Der drehzahladaptive Drehschwingungstilger 7 ist als Fliehkraftpendel 21 ausgebildet. Hierzu ist der Pendelmassenträger 22 mittels der Niete 11 an der Gegendruckplatte aufgenommen. Der Pendelmassenträger 22 ist zweiteilig aus den beiden Seitenteilen 23, 24 gebildet, die radial außen axial beabstandet sind und damit den Aufnahmebereich 25 bilden, in dem die über den Umfang verteilt angeordneten Pendelmassen 26 angeordnet sind. Die Pendelmassen 26 sind mittels jeweils zweier in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager 34 an dem Pendelmassenträger 22 im Fliehkraftfeld der um die Drehachse d drehenden Schwingungsisolationseinrichtung 1 bifilar pendelfähig aufgehängt. Hierzu weisen die Seitenteile 23, 24 und die Pendelmassen 26 jeweils zur Ausbildung einer vorgegebenen Pendelbahn Ausnehmungen 27, 28 mit Laufbahnen 29, 30 auf, auf denen diese übergreifend der hier als Pendelrolle ausgebildete Wälzkörper 31 abwälzt. Die Pendelmassen 26 sind geschichtet aus mehreren Blechlagen ausgebildet und beispielsweise mittels Nieten miteinander verbunden. Hierbei weist die mittlere Blechschicht eine erweiterte Ausnehmung 32 auf, in der der Wälzkörper 31 mittels des Ringbords 33 axial geführt ist. Die axiale Führung der Pendelmassen 26 zwischen den Seitenteilen 23, 24 erfolgt mittels der Stirnseiten des Wälzkörpers 31.
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Das Fliehkraftpendel 21 ist als drehzahladaptiver Drehschwingungstilger 7 zwischen der unteren, von der Fliehkraft und damit von der Drehzahl der Schwingungsisolationseinrichtung 1 um die Drehachse d abhängigen Betriebsdrehzahl bis zu Maximaldrehzahl der Brennkraftmaschine auf deren Resonanzfrequenz abgestimmt, indem eine entsprechende Antiresonanzstelle ausgebildet wird. Unterhalb der unteren Betriebsfrequenz des Fliehkraftpendels 21 ist der konventionelle Drehschwingungstilger 6 auf eine Resonanzfrequenz der Brennkraftmaschine bei fester Drehzahl mit einer entsprechenden Antiresonanzstelle abgestimmt, so dass bei noch nicht ausgebildeter Wirksamkeit des Drehschwingungstilgers 7 bei kleinen Drehzahlen beispielsweise unter 1000 rpm eine Schwingungsisolation erzielt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsisolationseinrichtung
- 2
- Einmassenschwungrad
- 3
- Schraube
- 4
- Kurbelwelle
- 5
- Eingangsteil
- 6
- Drehschwingungstilger
- 7
- Drehschwingungstilger
- 8
- Gegendruckplatte
- 9
- Reibungskupplung
- 10
- Eingangsteil
- 11
- Niet
- 12
- Scheibenteil
- 13
- Scheibenteil
- 14
- Tilgermasse
- 15
- Federeinrichtung
- 16
- Schraubendruckfeder
- 17
- axialer Ansatz
- 18
- Zusatzmasse
- 19
- Anlasserzahnkranz
- 20
- Ringteil
- 21
- Fliehkraftpendel
- 22
- Pendelmassenträger
- 23
- Seitenteil
- 24
- Seitenteil
- 25
- Aufnahmebereich
- 26
- Pendelmasse
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Laufbahn
- 30
- Laufbahn
- 31
- Wälzkörper
- 32
- Ausnehmung
- 33
- Ringbord
- 34
- Pendellager
- d
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4103213 A1 [0002]
- DE 19840664 A1 [0002]
- DE 102012221956 A1 [0003]
