DE102017110964A1

DE102017110964A1 - Drehschwingungsdämpfer mit Drehschwingungstilger

Info

Publication number: DE102017110964A1
Application number: DE102017110964.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Hügel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-05-19
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2018-11-22
Also published as: DE112018002599A5; WO2018210376A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer und ein Verfahren zu dessen Abstimmung mit zwei um eine Drehachse verdrehbar und gegeneinander entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung gegeneinander um die Drehachse verdrehbar angeordneten, ein vorgegebenes Drehmoment (M) übertragenden Dämpferteilen, wobei einem der Dämpferteile ein Drehschwingungstilger mit zumindest einem in Umfangsrichtung verlagerbaren Masseteil zugeordnet ist. Um Anschläge des zumindest einen Masseteils zu vermeiden, ist eine Kennlinie (10) der Federeinrichtung des anliegenden Drehmoments (M) über den Verdrehwinkel (φ) der Dämpferteile in zwei Steifigkeitsbereiche geteilt und mittels des Steifigkeitsbereichs kleinerer Steifigkeit mittels einer verbesserten Vordämpfung eine Verringerung eines Schwingwinkels des zumindest einen Masseteils und mittels des Steifigkeitsbereichs größerer Steifigkeit eine Übertragung des maximal vorgegebenen Drehmoments (M(max)) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer und ein Verfahren zu dessen Abstimmung mit zwei um eine Drehachse verdrehbar und gegeneinander entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung gegeneinander um die Drehachse verdrehbar angeordneten, ein vorgegebenes Drehmoment übertragenden Dämpferteilen, wobei einem der Dämpferteile ein Drehschwingungstilger mit zumindest einem in Umfangsrichtung verlagerbaren Masseteil zugeordnet ist.
Ein gattungsgemäßer Drehschwingungsdämpfer für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler ist beispielsweise aus der DE 10 2009 042 837 A1 bekannt. Der Drehschwingungsdämpfer enthält zwei um eine Drehachse entgegen der Wirkung mehrerer Federeinrichtungen gegeneinander um einen Verdrehwinkel verdrehbar angeordnete Dämpferteile. Die Federeinrichtungen bilden dabei mehrere Dämpferstufen mit einer mehrstufigen Kennlinie. Durch die Übergänge zwischen den einzelnen Dämpferstufen können durch Inhomogenitäten zusätzlich Anregungen des Antriebsstrangs auftreten. Der offenbarte Drehschwingungsdämpfer enthält an einem der Dämpferteile einen Drehschwingungstilger in Form eines Fliehkraftpendels mit über den Umfang verteilt angeordneten Masseteilen, welche im Fliehkraftfeld des um die Drehachse angeordneten Drehschwingungsdämpfers entlang vorgegebener Pendelbahnen schwingfähig aufgenommen sind und durch Schwingbewegungen dem Antriebsstrang bei auftretenden Drehschwingungen Energie entziehen, so dass das über den Drehschwingungsdämpfer übertragene Drehmoment zusätzlich zu der Dämpfung mittels der Federeinrichtungen beruhigt wird.
Aus der DE 199 49 206 A1 ist ein mit einem Drehschwingungsdämpfer kombinierbarer Drehschwingungstilger bekannt, bei dem über den Umfang verteilt angeordnete Masseteile mittels einer in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung gegenüber einem Dämpferteil verlagerbar aufgenommen sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Drehschwingungsdämpfers mit einem an einem der Dämpferteile aufgenommenen Drehschwingungstilger. Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Abstimmung eines Drehschwingungsdämpfers mit Drehschwingungstilger vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung des Anspruchs 1 und das Verfahren des Anspruchs 6 gelöst. Die von den Ansprüchen 1 und 6 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands der Ansprüche 1 und 6 wieder.
Der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer ist insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer drehschwingungsbehafteten Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Drehschwingungsdämpfer ist beispielsweise zwischen der Brennkraftmaschine und einem nachgeordneten Getriebe vorgesehen. Zwischen Drehschwingungsdämpfer und Getriebe kann eine Trennkupplung, beispielsweise eine Reibungskupplung, eine Doppelkupplung, ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder dergleichen angeordnet sein. Der Drehschwingungsdämpfer kann in ein Gehäuse des Drehmomentwandlers integriert sein.
Der Drehschwingungsdämpfer enthält zwei um eine Drehachse verdrehbar und gegeneinander entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung gegeneinander um die Drehachse verdrehbar angeordnete, ein vorgegebenes Drehmoment übertragende Dämpferteile, wobei einem der Dämpferteile ein Drehschwingungstilger mit zumindest einem in Umfangsrichtung verlagerbaren Masseteil zugeordnet ist.
In der Abstimmung des Drehschwingungsdämpfers hat sich gezeigt, dass bei einer einstufigen Kennlinie insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit drei Zylindern die Schwingwinkel des zumindest einen Masseteils groß sind und gegebenenfalls bei diesen Schwingwinkeln zu Anschlägen neigen, wobei die Dämpfungskapazität des Drehschwingungsdämpfers nicht ausgeschöpft ist. Insbesondere bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine kann eine Verbesserung des Isolationsverhaltens von Drehschwingungen erzielt werden, wenn eine Kennlinie der Federeinrichtung des anliegenden Drehmoments über den Verdrehwinkel der Dämpferteile in zwei Steifigkeitsbereiche geteilt ist und mittels des Steifigkeitsbereichs kleinerer Steifigkeit mittels einer verbesserten Vordämpfung eine Verringerung eines Schwingwinkels des zumindest einen Masseteils und mittels des Steifigkeitsbereichs größerer Steifigkeit eine Übertragung des maximal vorgegebenen Drehmoments vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass der Drehschwingungsdämpfer einerseits durch eine Vordämpfung mit einer vergleichsweise geringen Federsteifigkeit eine Verringerung des Schwingwinkels des zumindest einen Masseteils bewirkt, andererseits unter Hinnahme einer geringfügig verschlechterten aber dennoch ausreichenden Dämpfungsqualität das vorgegebene maximale Drehmoment aufgrund der höheren Steifigkeit übertragen werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Drehschwingungsdämpfers sind die beiden Steifigkeitsbereiche mittels progressiv wirksamer Schraubendruckfedern eingestellt. Durch den Einsatz progressiv gewickelter Schraubendruckfedern und Verzicht auf aus diskret ausgebildeten Schraubendruckfedern gebildeten Dämpferstufen können hierdurch entstehende Vibrationen bei einem Übergang des Drehmoments von einer auf die andere Dämpferstufen vermieden werden. Dies bedeutet, dass mittels der progressiv gewickelten Schraubendruckfedern zwischen diskret ausgebildeten Dämpferstufen hin- und hergehende Stufensprünge bei einem entsprechenden Drehmoment vermieden werden können. Insbesondere durch die Vermeidung dieser Stufensprünge können auch negative Auswirkungen auf das zumindest eine Masseteil des Drehschwingungstilgers vermieden werden. Dabei ermöglichen progressiv ausgebildete Schraubendruckfedern eine reduzierte Steifigkeit bei niedrigen Drehmomenten, während das maximal über den Drehschwingungsdämpfer zu übertragende Drehmoment mittels der Progression dennoch übertragen werden kann.
Der Drehschwingungstilger kann beispielsweise als auf eine feste Tilgerfrequenz abgestimmter Massetilger ausgebildet sein, bei dem das zumindest eine Masseteil, bevorzugt mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Masseteile mittels einer weiteren, in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung mit einem der Dämpferteile verbunden sind. Die weitere Federeinrichtung kann aus Schraubendruckfedern, Gummipuffern und/oder dergleichen gebildet sein.
In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform des Drehschwingungsdämpfers ist der Drehschwingungstilger als Fliehkraftpendel ausgebildet, wobei mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Masseteile, beispielsweise Pendelmassen gegenüber einem der Dämpferteile entlang einer Pendelbahn im Fliehkraftfeld des um die Drehschwingungsdämpfer drehenden Drehschwingungsdämpfers schwingfähig aufgenommen sind.
Der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad kann für eine trockene Umgebung, beispielsweise in einem Antriebsstrang mit einer trockenen Reibungskupplung oder trocken betriebenen Doppelkupplungen oder für eine nasse Umgebung, beispielsweise in einer nass betriebenen Reibungskupplung oder Doppelkupplung, beispielsweise in Lamellenbauweise oder in einem Drehmomentwandler vorgesehen sein.
Das vorgeschlagene Verfahren dient der Abstimmung eines Drehschwingungsdämpfers mit zwei um eine Drehachse verdrehbar und gegeneinander entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung gegeneinander um die Drehachse verdrehbar angeordneten, ein vorgegebenes Drehmoment übertragenden Dämpferteilen, wobei einem der Dämpferteile ein Drehschwingungstilger mit zumindest einem in Umfangsrichtung verlagerbaren Masseteil zugeordnet ist. Der Drehschwingungsdämpfer wird in vorteilhafter Weise derart abgestimmt, dass die Federeinrichtung mittels einer zweistufigen Kennlinie des anliegenden Drehmoments über den Verdrehwinkel der Dämpferteile in zwei Steifigkeitsbereiche geteilt wird, wobei mittels des Steifigkeitsbereichs kleinerer Steifigkeit eine Vordämpfung derart eingestellt wird, dass eine Verringerung eines Schwingwinkels des zumindest einen Masseteils gegenüber einer einstufigen Kennlinie erzielt wird und mittels des Steifigkeitsbereichs größerer Steifigkeit eine Übertragung des maximal vorgegebenen Drehmoments eingestellt wird.
Durch die Abstimmung des Drehschwingungsdämpfers mittels progressiv gewickelter Schraubendruckfedern der Federeinrichtung wird zwischen den beiden Steifigkeitsbereichen wie Dämpferstufen ein kontinuierlicher Übergang eingestellt. Um eine einstufige Kennlinie der Federeinrichtung nach Stand der Technik zu ersetzen, kann eine Kennlinie der Federeinrichtung des Drehmoments über den Verdrehwinkel der Dämpferteile auf eine radial unterhalb einer linearen Kennlinie verlaufende Kennlinie eingestellt werden.
Um eine zweistufige Kennlinie einer Federeinrichtung mit aus diskret hintereinander geschalteten Schraubendruckfedern ausgebildeten Dämpferstufen des Stands der Technik zu ersetzen, kann wie vorgeschlagen eine Kennlinie der Federeinrichtung mittels des Einsatzes progressiv gewickelter Schraubendruckfedern mit einem verglichen mit einer Kennlinie der beiden Schraubenfedergruppen oberhalb eines Schnittbereichs der Schraubenfedergruppen ausgebildeten Verlauf vorgesehen werden, so dass die vorgeschlagene Kennlinie einen Knickpunkt der Kennlinie der beiden Schraubenfedergruppen an ihrem Übergang vermeidet und einen kontinuierlichen Übergang bereitstellt.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

1 einen Vergleich zwischen einer einstufigen Kennlinie des Stands der Technik und einer vorgeschlagenen Kennlinie der Federeinrichtung eines Drehschwingungsdämpfers und
2 einen Vergleich zwischen einer zweistufigen Kennlinie des Stands der Technik und vorgeschlagenen Kennlinien der Federeinrichtung eines Drehschwingungsdämpfers.

Die 1 zeigt das Diagramm 1 mit den Kennlinien 10, 100 des Drehmoments M über den Verdrehwinkel φ zweier Dämpferteile eines Drehschwingungsdämpfers mit Drehschwingungstilger entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung mit den Kennlinien 10, 100. Die Kennlinie 100 ist eine einstufige Kennlinie linear ausgebildeter Schraubendruckfedern nach Stand der Technik mit einer einzigen Steifigkeit über den Verdrehwinkel φ. Diese Kennlinie 100 überträgt bei dem vorgesehenen maximalen Verdrehwinkel φ(max) das maximale Drehmoment M(max). Die Steifigkeit der linearen Kennlinie 100 ist allerdings bei kleinen Drehmomenten M und damit bei kleinen Drehzahlen beispielsweise einer Brennkraftmaschine mit drei Zylindern relativ steif und führt zu einer geringen Vordämpfung, so dass die Schwingwinkel von verschwenkbaren Masseteilen eines Fliehkraftpendels groß werden und zu Anschlägen führen können.
Um diese Anschläge zu vermeiden, ist die vorgeschlagene Kennlinie 10 aus progressiv gewickelten Schraubenfedern gebildet, deren Kennlinienteil 11 bei kleinen Drehmomenten M eine geringere Steifigkeit aufweist und damit eine verbesserte Vordämpfung erzielt, so dass die Schwingwinkel der Masseteile beispielsweise der Pendelmassen eines Fliehkraftpendels verringert werden. Der steifere Kennlinienteil 12 der Kennlinie 10 verschlechtert zwar die Dämpfungskapazität des Drehschwingungsdämpfers bei hohen Drehmomenten und hohen Drehzahlen gegenüber der Kennlinie 100, das Dämpfungsverhalten ist dennoch für den abzustimmenden Drehschwingungsdämpfer ausreichend und überträgt das maximale Drehmoment M(max) bei dem Verdrehwinkel φ(max).
Das Diagramm 2 der 2 zeigt den Ersatz einer zweistufigen, aus diskreten Schraubendruckfedern unterschiedlicher Steifigkeit gebildeten Kennlinie 200 mit den Kennlinienteilen 201, 202 und dem sich bildenden Knick an dem Knickmoment M(k) bei dem Verdrehwinkel φ(k).
Zur Vermeidung des Knicks sind zwei mögliche Kennlinien 20, 30 jeweils mit den beiden Kennlinienteilen 21, 22 und 31, 32 gezeigt. Die Kennlinien 20, 30 resultieren aus Federeinrichtungen mit progressiv gewickelten Schraubendruckfedern. In der Kennlinie 30 werden durch entsprechende Wicklung der progressiv gewickelten Schraubendruckfedern mit den Kennlinienteilen 31, 32 die Steifigkeiten der Kennlinienteile 201, 202 nachgebildet, wobei der Knickpunkt am Übergang der beiden Schraubenfedern vermieden werden kann.
In der Kennlinie 20 ist der Kennlinienteil 21 mit kleiner Steifigkeit über das Knickmoment erweitert, so dass die Vordämpfung über größere Drehmomente M erhalten bleibt. Entsprechend setzt der Kennlinienteil 22 mit großer Steifigkeit erst bei größeren Drehmomenten ein.
Bezugszeichenliste

1: Diagramm
2: Diagramm
10: Kennlinie
11: Kennlinienteil
12: Kennlinienteil
20: Kennlinie
21: Kennlinienteil
22: Kennlinienteil
30: Kennlinie
31: Kennlinienteil
32: Kennlinienteil
100: Kennlinie
200: Kennlinie
201: Kennlinienteil
202: Kennlinienteil
M: Drehmoment
M(k): Knickmoment
M(max): maximales Moment
φ: Verdrehwinkel
φ(k): Verdrehwinkel
φ(max): maximaler Verdrehwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009042837 A1 [0002]
DE 19949206 A1 [0003]

Claims

Drehschwingungsdämpfer mit zwei um eine Drehachse verdrehbar und gegeneinander entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung gegeneinander um die Drehachse verdrehbar angeordneten, ein vorgegebenes Drehmoment (M) übertragenden Dämpferteilen, wobei einem der Dämpferteile ein Drehschwingungstilger mit zumindest einem in Umfangsrichtung verlagerbaren Masseteil zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie (10, 20, 30) der Federeinrichtung des anliegenden Drehmoments (M) über den Verdrehwinkel (φ) der Dämpferteile in zwei Steifigkeitsbereiche geteilt ist und mittels des Steifigkeitsbereichs kleinerer Steifigkeit mittels einer verbesserten Vordämpfung eine Verringerung eines Schwingwinkels des zumindest einen Masseteils und mittels des Steifigkeitsbereichs größerer Steifigkeit eine Übertragung des maximal vorgegebenen Drehmoments (M(max)) vorgesehen ist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steifigkeitsbereiche mittels progressiv wirksamer Schraubendruckfedern eingestellt sind.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest einen Masseteil mittels einer weiteren, in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung mit einem der Dämpferteile verbunden ist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Masseteile gegenüber einem der Dämpferteile entlang einer Pendelbahn im Fliehkraftfeld des um die Drehschwingungsdämpfer drehenden Drehschwingungsdämpfers schwingfähig aufgenommen sind und ein Fliehkraftpendel bilden.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschwingungsdämpfer für eine trockene oder nasse Umgebung vorgesehen ist.
Verfahren zur Abstimmung eines Drehschwingungsdämpfers mit zwei um eine Drehachse verdrehbar und gegeneinander entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung gegeneinander um die Drehachse verdrehbar angeordneten, ein vorgegebenes Drehmoment (M) übertragenden Dämpferteilen, wobei einem der Dämpferteile ein Drehschwingungstilger mit zumindest einem in Umfangsrichtung verlagerbaren Masseteil zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung mittels einer zweistufigen Kennlinie (10, 20, 30) des anliegenden Drehmoments über den Verdrehwinkel (φ) der Dämpferteile in zwei Steifigkeitsbereiche geteilt wird, wobei mittels des Steifigkeitsbereichs kleinerer Steifigkeit eine Vordämpfung derart eingestellt wird, dass eine Verringerung eines Schwingwinkels des zumindest einen Masseteils gegenüber einer einstufigen Kennlinie erzielt wird und mittels des Steifigkeitsbereichs größerer Steifigkeit eine Übertragung des maximal vorgegebenen Drehmoments eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Steifigkeitsbereichen ein kontinuierlicher Übergang eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Federeinrichtung progressiv gewickelte Schraubenfedern eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie (10) des über die Federeinrichtung übertragenen Drehmoments (M) über den Verdrehwinkel (φ) der Dämpferteile auf eine radial unterhalb einer linearen Kennlinie (100) verlaufende Kennlinie (10) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennlinie (20, 30) des über die Federeinrichtung übertragenen Drehmoments (M) über den Verdrehwinkel (φ) der Dämpferteile verglichen mit einer Kennlinie (200) zweier Schraubenfedergruppen oberhalb oder unterhalb eines Knickbereichs der Schraubenfedergruppen ausgebildet wird.