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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen einem Verbrennungsmotor und zumindest einem angetriebenen Rad, umfassend einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Energiespeicher sowie einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Energiespeicher zur Dämpfung von Drehschwingungen.
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Es ist bekannt, im Antriebsstrang von Personenkraftwagen (PKW), Lastkraftwagen (LKW), Traktoren und dergleichen Kraftfahrzeugen Zweimassenschwungräder (ZMS) mit oder ohne zusätzliche Fliehkraftpendel (FKP) anzuordnen. Derartige Zweimassenschwungräder werden sowohl bei einer Einfachkupplung als auch einer Doppelkupplung verwendet, wobei die Kupplung bzw. die Kupplungen Trocken- oder Nasskupplungen sein können.
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Um eine ausreichende Schwingungsisolation zu gewährleisten weisen gattungsgemäße Dämpfungssysteme häufig eine geringe Federsteifigkeit des Zweimassenschwungrades sowie eine große Sekundärmasse auf. Dadurch kann das Problem auftreten, dass beim Startvorgang eine Resonanz durchfahren werden muss. Dies kann Geräusche und Beschädigungen verursachen oder gar den Start unmöglich machen. Dadurch kann es notwendig sein, die Kennlinie gezielt auf den Start auszulegen, was Nachteile für die Zugisolation bedeuten kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.
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Dieses Problem wird durch einen Antriebsstrang nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen, Ausgestaltungen oder Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das oben genannte Problem wird insbesondere gelöst durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen einem Verbrennungsmotor und zumindest einem angetriebenen Rad, umfassend einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Energiespeicher zur Dämpfung von Drehschwingungen, wobei der Drehschwingungsdämpfer einen Freiwinkel aufweist, um den eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite des Drehschwingungsdämpfers vor Betätigung des Energiespeichers gegeneinander verdrehbar sind. Bevor der Energiespeicher bei einer Relativverdrehung der Eingangsseite gegenüber der Ausgangsseite wirksam wird, wird ein Leerweg oder Totweg in Form des Freiwinkels durchlaufen. Werden Eingangsseite und Ausgangsseite nach Überwinden des Freiwinkels weiter gegeneinader verdreht, so wird der Energiespeicher gefüllt. Der Energiespeicher umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung Federn, die nach Überwinden des Freiwinkels gespannt werden und bei einer Rückdrehung entsprechend entspannt werden und die gespeicherte Energie wieder abgeben.
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Der Drehschwingungsdämpfer umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung ein Zweimassenschwungrad sowie eine Reibungseinrichtung, wobei die Eingangsseite und Ausgangsseite der Reibungseinrichtung um den Freiwinkel gegeneinander verdrehbar sind. Das Zweimassenschwungrad umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung Bogenfedern als Federn des Energiespeichers.
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Die Reibungseinrichtung und das Zweimassenschwungrad sind in einer Ausführungsform der Erfindung in Serie angeordnet. Die Eingangsseite der Reibungseinrichtung ist mit der Ausgangsseite des Zweimassenschwungrades verbunden.
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Der Energiespeicher weist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Reibelement auf. Das Reibelement fügt dem Zweimassenschwungrad eine trockene oder viskose Reibung bei einer Relativverdrehung der Primärseite gegenüber der Sekundärseite hinzu. Ggf. kann das Reibelement auch durch die Reibung bei Drehung der Primärseite gegenüber der Sekundärseite durch die Bogenfederen und dergleichen gebildet sein. Alternativ umfasst das Zweimassenschwungrad eine parallel zu den Bogenfedern geschalteter Reibsteuerscheibe (RSS).
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Die Reibungseinrichtung und das Reibelement weisen in einer Ausführungsform der Erfindung eine Hysterese auf. Die Reibkraft bzw. das zugehörige Drehmoment sind also abhängig von der relativen Drehrichtung zwischen Eingang und Ausgang.
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Der Freiwinkel beträgt vorzugsweise 5° bis 80° weiter bevorzugt 15° bis 60°, weiter bevorzugt 30° bis 60°, insbesondere 40° bis 50°. Der Freiwinkel ist im Betrieb unveränderlich konstruktiv festgelegt. Es wurde festgestellt, dass die Dämpfungswirkung mit den genannten Werten optimal ist.
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Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Energiespeicher zur Dämpfung von Drehschwingungen, wobei der Drehschwingungsdämpfer einen Freiwinkel aufweist, um den eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite des Drehschwingungsdämpfers gegeneinander vor Betätigung des Energiespeichers verdrehbar ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen xxx in einer Schnittdarstellung,
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2 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Drehschwingungsdämpfers,
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3 eine Prinzipskizze eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Drehschwingungsdämpfers,
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4 ein Diagramm des relativen Verdrehwinkels zwischen Eingang und Ausgang für die Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers,
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5 eine Simulation eines Anlaufvorganges bei einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang,
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6 eine Simulation eines Anlaufvorganges bei einem Antriebsstrang nach Stand der Technik als Vergleichsbeispiel.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 1. Der Antriebsstrang 1 umfasst alle Komponenten in einem Kraftfahrzeug, die in diesem die Leistung für den Antrieb generieren und bis auf die Straße übertragen. Der Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 mit einer Kurbelwelle 3. Die in 1 nicht dargestellten Zylinder mit Kolben und Pleuelstangen wirken mit ebenfalls nicht näher dargestellten Wangen und Hubzapfen der Kurbelwelle zusammen und erzeugen durch periodische Verbrennungsvorgänge in Brennräumen, die den Kolben zugeordnet sind, ein Antriebsmoment an der Kurbelwelle 3. Bei einem Viertaktmotor beispielsweise wird je Zylinder jeweils nur über einen kurzen Kurbelwellenwinkel °KW innerhalb zweier Umdrehungen der Kurbelwelle (720° Kurbelwellenwinkel) ein positives Drehmoment an der Kurbelwelle 3 erzeugt, über den restlichen Kurbelwellenwinkel liegt ein negatives Drehmoment bezogen auf den einzelnen Zylinder an der Kurbelwelle an. Diese systembedingte Arbeitsweise des Verbrennungsmotors 2 hat zur Folge, dass ein oszillierendes Moment von der Kurbelwelle 3 auf den Antriebsstrang 1 übertragen wird. Das oszillierende Moment erzeugt Drehschwingungen im Antriebsstrang 1. Zusätzliche, auch oszillierende, Momente können beispielsweise durch den Straßenbelag (z. B. Unebenheiten) oder den Straßenverlauf (z. B. Steigungen) über die angetriebenen Räder in den Antriebsstrang 1 übertragen werden oder können durch Resonanzerscheinungen innerhalb des Antriebsstrangs 1 selbst auftreten.
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Die Kurbelwelle 3 ist mit einer Primärseite eines Drehschwingungsdämpfers 4 verbunden. Dessen Sekundärseite ist mit einem Kupplungsgehäuse einer Fahrzeugkupplung 5 verbunden. Die Fahrzeugkupplung 5 dient dazu, wahlweise die Drehmomentübertragung zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang ein- oder auszuschalten oder beispielsweise beim Anfahren einen Teil des Drehmomentes durch Schleifen zu übertragen und so eine wahlweise Drehmomentübertragung zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und nachgeordneten Antriebselementen zu bewirken. Das Drehmoment an der Kupplungsscheibe wird über ein Schaltgetriebe 6 und ein Differenzialgetriebe 7 auf angetriebene Räder 8 übertragen. Die Räder 8 rollen auf einer Fahrbahn ab und wandeln das Drehmoment des Verbrennungsmotors in eine Vortriebskraft für das Kraftfahrzeug. Das Schaltgetriebe 6 dient der wahlweisen Änderung der Untersetzung zwischen einer mit der Kupplungsscheibe verbundenen Getriebeeingangswelle und einer mit dem Differenzialgetriebe 7 verbundenen Getriebeausgangswelle. Das Differenzialgetriebe 7 dient in an sich bekannter Art und Weise der Aufteilung des Antriebsmoments beispielsweise bei Kurvenfahrt auf die Räder 8. Die Fahrzeugkupplung 5 und das Schaltgetriebe 6 sind manuell betätigbar, können aber auch über elektromechanische Aktoren durch ein Steuergerät gesteuert sein (automatisiertes Schaltgetriebe, ASG). Der Drehschwingungsdämpfer 4 umfasst einen Eingang 9, der mit der Kurbelwelle 3 verbunden ist, sowie einen Ausgang 10, der mit der Fahrzeugkupplung 5 verbunden ist. Die Kupplung 5 kann eine Trocken- oder Nasskupplung sein und kann eine Einfach- oder Doppelkupplung, wobei das Schaltgetriebe 6 in diesem Fall ein Parallelschaltgetriebe ist, sein.
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Die 2 und 3 zeigen jeweils eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Drehschwingungsdämpfers 4. Die Drehbewegung ist in den Skizzen der 2 und 3 umgesetzt in eine lineare Bewegung eines Feder/Dämpfer/Masse-Systems. Statt Massenträgheitsmomenten und Drehbewegungen werden die mechanischen Äquivalente einer Masse und einer gradlinigen Bewegung dargestellt, dies ist also ein Ersatzmodell.
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Der Drehschwingungsdämpfer 4 umfasst ein Zweimassenschwungrad 11 sowie eine Reibeinrichtung 12. Das Zweimassenschwungrad 11 umfasst eine Primärmasse 13 sowie eine Sekundärmasse 14. Die Primärmasse 13 und die Sekundärmasse 14 sind durch eine Bogenfederanordnung 15 miteinander verbunden. Bei einer Relativverdrehung bzw. -bewegung der Primärmasse 13 gegenüber der Sekundärmasse 14 wird die Bogenfederanordnung 15 gespannt, sodass diese Energie aufnimmt und bei Entspannung wieder abgibt.
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Parallel zu der Bogenfederanordnung 15 ist ein Reibelement 16 mit trockener Reibung angeordnet. In dem Reibelement 16 ist die bei einer Relativdrehung bzw. -bewegung der Primärmasse 13 gegenüber der Sekundärmasse 14 zwangsläufig auftretende Reibung sowie gegebenenfalls die Wirkung eines zusätzlichen trockenen Reibelementes zusammengefasst.
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Die Reibungseinrichtung 12 umfasst ein Reibelement 17 sowie einen Anschlag 18, die zwischen der Sekundärmasse 14 und einer Ausgangsmasse 19 angeordnet sind. Eine Bewegung der Ausgangsmasse 19 gegenüber der Sekundärmasse 14 kann gegen die Reibung des Reibelementes 17 bis zum Erreichen des Anschlages 18 in einer der beiden Endstellungen φ1 oder φ2 erfolgen. Die Primärmasse 13 ist hier der Eingang 9, die Ausgangsmasse 19 der Ausgang 10. Die Anordnung der 2 lässt sich auch geometrisch umkehren wie in 3 gezeigt, hier ist die Ausgangsmasse 19 der Eingang 9 und die Primärmasse 13 der Ausgang 10.
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Wie oben ausgeführt ist die Drehbewegung des Drehschwingungsdämpfers 4 in den Prinzipskizzen der 2 und 3 umgesetzt in eine geradlinige Bewegung. Der Anschlag 18, der in den 2 und 3 den Weg oder die Relativverschiebung der Ausgangsmasse 19 gegenüber der Sekundärmasse 14 begrenzt, definiert bei der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung 4 einen Freiwinkel α, um den sich der Ausgang 10 des Drehschwingungsdämpfers 4 gegenüber der Sekundärmasse 14 drehen lässt.
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4 zeigt ein Diagramm des relativen Verdrehwinkel φ zwischen Eingang 9 und Ausgang 10 für die Ausführungsbeispiele der 2 und 3 eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers 4. Über den Freiwinkel α wirkt nur die Reibung der Reibeinrichtung 12, was sich in über dem Freiwinkel α konstantem Moment Mα bei einer Hysterese ± Mα des Momentes M niederschlägt. Wird bei einem Winkel φ1 bzw. φ2 der Freiwinkel α in die jeweilige Richtung verlassen, so nimmt das Moment M bei einer weiteren Vergrößerung des relativen Verdrehwinkels φ zu. Abhängig von der Ausgestaltung der Bogenfederanordnung 15 nimmt das Moment M beispielsweise linear mit der weiteren Erhöhung des relativen Verdrehwinkels φ zu.
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5 zeigt eine Simulation eines Anlaufvorganges bei einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang 1. Im oberen Bereich ist als durchgezogene Linie die Umdrehungszahl n_e am Eingang 9 und als gestrichelte Linie die Umdrehungszahl n_a am Ausgang 10 dargestellt. Im unteren Bereich ist der relativen Verdrehwinkel φ des Zweimassenschwungrades 11 über der Zeit t als durchgezogene Linie φ_ZMS und der relative Verdrehwinkel φ_r der Reibungseinrichtung 12 über der Zeit t als gestrichelte Linie dargestellt. Zum Vergleich ist in 6 im oberen Bereich die Drehzahl n_p der Primärmasse eines Zweimassenschwungrades nach Stand der Technik als durchgezogene Linie sowie die Drehzahl n_sec der Sekundärmasse des Zweimassenschwungrades nach Stand der Technik als gestrichelte Linie dargestellt und im unteren Bereich der relativen Verdrehwinkel φ zwischen Primärmasse und Sekundärmasse über der Zeit t dargestellt. Wie aus 5 zu erkennen ist, sind gegenüber dem Vergleichsbeispiele nach Stand der Technik der 6 die relativen Drehzahlschwankungen sowohl am Eingang als auch am Ausgang bei der erfindungsgemäßen Lösung deutlich geringer als dies im Stand der Technik der Fall ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Kurbelwelle
- 4
- Drehschwingungsdämpfer
- 5
- Fahrzeugkupplung
- 6
- Schaltgetriebe
- 7
- Differenzialgetriebe
- 8
- angetriebenes Rad
- 9
- Eingang Drehschwingungsdämpfer
- 10
- Ausgang Drehschwingungsdämpfer
- 11
- Zweimassenschwungrad
- 12
- Reibungseinrichtung
- 13
- Primärmasse
- 14
- Sekundärmasse
- 15
- Bogenfederanordnung
- 16
- Reibanteile oder Reibelement des Zweimassenschwungrades
- 17
- Reibelement der Reibungseinrichtung
- 18
- Anschlag
- 19
- Ausgangsmasse
