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Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugmotor, mit dessen Hilfe ein Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Die Erfindung betrifft ferner und eine Verwendung eines Drehschwingungsdämpfers zur Drehschwingungsdämpfung von in dem Kraftfahrzeugmotor erzeugten Drehschwingungen.
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Aus
US 5,231,893 A ist es bekannt an einem aus einem Kurbelwellengehäuse herausragenden Ende einer Kurbelwelle über ein gummielastisches Element eine Riemenscheibe für einen Riementrieb anzubinden, so dass Drehschwingungen der Kurbelwelle gedämpft werden können.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis bauraumsparend Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu dämpfen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine bauraumsparende Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Kraftfahrzeugmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Kraftfahrzeugmotor zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, mit einer von Verbrennungszylindern antreibbaren Kurbelwelle zur Wandlung einer Linearbewegung eines Kolbens des Verbrennungszylinders in eine Drehbewegung, einem Kurbelwellengehäuse zur Abdeckung der Verbrennungszylinder und eines Teils der Kurbelwelle und einem innerhalb des Kurbelwellengehäuses angeordneten und mit der Kurbelwelle gekoppelten Drehschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen der Kurbelwelle, wobei der Drehschwingungsdämpfer als Speichentilger ausgestaltet ist.
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Der Speichentilger kann insbesondere wie in
DE 10 2015 213 653 A1 beschrieben aus- und weitergebildet sein, auf deren Inhalt als Teil der Erfindung verwiesen wird. Der Speichentilger zeichnet sich dadurch aus, dass er bei einem sehr geringen Bauraumbedarf in axialer Richtung mit Hilfe von Speichen, die insbesondere aus einem metallischen Material hergestellt sind, ein der Drehschwingung entgegen gerichtetes Rückstellmoment einleiten kann, um dadurch die Drehschwingung zu tilgen. Ein gummielastisches Material, das während der Lebensdauer leicht verspröden kann und dessen elastischen Eigenschaften stark temperaturabhängig sind, kann vermieden werden. Der als Speichentilger ausgestaltete Drehschwingungsdämpfer kann insbesondere im Wesentlichen aus Stahl hergestellte Bauteile aufweisen, die über die gesamte Lebensdauer und über einen großen Temperaturbereich im Wesentlichen konstante Materialeigenschaften aufweisen, so dass der Drehschwingungsdämpfer über die gesamte Lebensdauer und über den großen Temperaturbereich ein im Wesentlichen konstantes Dämpfungsverhalten aufweist. Im Vergleich zu einem Schwingungsdämpfer mit einem gummielastischen Element kann der Drehschwingungsdämpfer über die gesamte Lebensdauer ein besseres Dämpfungsverhalten bereitstellen.
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Aufgrund seiner höheren Temperaturfestigkeit im Vergleich zu einem Schwingungsdämpfer mit einem gummielastischen Element kann der als Speichentilger ausgestaltete Drehschwingungsdämpfer im Inneren des Kurbelwellengehäuse des Kraftfahrzeugmotors vorgesehen sein und insbesondere direkt mit der Kurbelwelle verbunden sein. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass aufgrund des axialen Abstands von zwei nachfolgende Verbrennungszylinder des Kraftfahrzeugmotors ein axialen Abstand zwischen den zugehörigen Kurbelwellenkröpfungen der Kurbelwelle groß genug sein kann, um den als Speichentilger ausgestaltete Drehschwingungsdämpfer vorzusehen. Der Drehschwingungsdämpfer kann dadurch im Wesentlichen bauraumneutral im Inneren des Kurbelwellengehäuses vorgesehen sein. Innerhalb des Kurbelwellengehäuses kann sich für den Drehschwingungsdämpfer leicht ein axialer Bauraum finden, in dem der Drehschwingungsdämpfer mit einem allenfalls sehr geringen axialen Bauraumbedarf mit der Kurbelwelle gekoppelt werden kann. Da für die umlaufenden Kurbelwellenkröpfungen der Kurbelwelle sowieso ein entsprechend großer radialer Bauraum im Innern des Kurbelwellengehäuses vorgesehen ist, ist für den als Speichentilger ausgestalteten Drehschwingungsdämpfer ausreichend viel radialer Bauraum vorhanden, um eine gute Drehschwingungsdämpfung in einem hinreichend großen Frequenzbereich bereitstellen zu können. Ein ansonsten außerhalb des Kurbelwellengehäuses vorgesehener Drehschwingungsdämpfer kann eingespart werden, so dass der axiale Bauraumbedarf zwischen dem Kraftfahrzeugmotor und einem Kraftfahrzeuggetriebe entsprechend reduziert werden kann. Der Bauraumbedarf des mit Hilfe des Kraftfahrzeugmotors realisierten Antriebsstrangs kann dadurch reduziert werden. Durch die Anordnung des als Speichentilger ausgestalteten Drehschwingungsdämpfers im Innern des Kurbelwellengehäuses kann bei einem minimalen axialen Bauraumbedarf über die gesamte Lebensdauer eine gute Dämpfungswirkung erreicht werden, so dass eine bauraumsparende Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Insbesondere weist der Drehschwingungsdämpfer eine Nabe zur Koppelung mit der Kurbelwelle, eine relativ zu der Nabe begrenzt verdrehbare Tilgermasse und mehrere mit der Nabe und mit der Tilgermasse verbundene, insbesondere aus Stahl hergestellte, Speichen auf, wobei insbesondere die Speichen im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufen und in Umfangsrichtung und/oder in tangentialer Richtung elastisch nachgiebig ausgestaltet sind. Durch diese Ausgestaltung der Drehschwingungsdämpfers als Speichentilger ist ein besonders geringer Bauraumbedarf für den Drehschwingungsdämpfer erreicht, wobei gleichzeitig gummielastische Bauteile vermieden sind. Der Drehschwingungsdämpfer weist dadurch über die gesamte Lebensdauer und über einen großen Temperaturbereich eine konstante und gute Dämpfungswirkung auf. Die Nabe, die Tilgermasse und die Speichen können beispielsweise als separate miteinander verbundene Bauteile, wie beispielsweise in
1 von
DE 10 2015 213 653 A1 dargestellt, oder einstückig, wie beispielsweise in
6 von
DE 10 2015 213 653 A1 dargestellt, ausgestaltet sein.
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Vorzugsweise ist die Tilgermasse mit einer axialen Federkraft gegen eine Reibscheibe gedrückt, wobei die Federkraft von den Speichen und/oder einer Tellerfeder aufgebracht ist, wobei insbesondere die Tellerfeder einen Zentrierbund zur Zentrierung an der Nabe aufweist. Alternativ ist die Reibscheibe mit der Tilgermasse drehfest verbunden und mit der Federkraft gegen die Nabe gedrückt. Die Nabe, die Tilgermasse und die Speichen bilden ein Masse-Feder-System aus, das in einem bestimmten Frequenzbereich Drehungleichförmigkeiten in der Drehzahl und in dem Drehmoment der von einem Kraftfahrzeugmotor erzeugten Antriebsleistung dämpfen kann. Hierbei kann das Massenträgheitsmoment der Nabe und/oder der Tilgermasse sowie die Federkennlinie der Speichen derart ausgewählt sein, dass Schwingungen im Frequenzbereich der dominierenden Motorordnungen des Kraftfahrzeugmotors gedämpft werden können. Mit Hilfe der Reibscheibe kann eine bewusste reibungsbehaftete Dämpfung aufgeprägt werden, die ein resonanzbedingtes Aufschaukeln von Drehschwingungen dämpfen kann. Hierzu kann es bereits ausreichend sein die Speichen vergleichbar zu einer Tellerfeder auszuformen, so dass die Speichen die axiale Federkraft bereitstellen können. Zusätzlich oder alternativ kann eine, insbesondere an der Nabe zentrierte, Tellerfeder vorgesehen sein, um die axiale Federkraft aufzubringen. Mit Hilfe einer Abstandshülse, eines Stufenniets und/oder Verschraubungen kann die Tellerfeder auf einen axialen Abstand zur Nabe positioniert sein, dass die dadurch vorgegebene Vorspannung der Tellerfeder zu der gewünschten Axialkraft führt.
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Besonders bevorzugt ist ein drehfest mit der Nabe verbundener Anschlagflansch zur Begrenzung eines maximalen Schwingwinkels der Tilgermasse vorgesehen, wobei insbesondere der Anschlagflansch in axialer Richtung abstehende Anschlagansätze zum tangentialen Anschlagen an der Tilgermasse aufweist. Zu starke Ausschläge der Tilgermasse relativ zur Nabe, die beispielsweise durch Resonanzeffekte verursacht sind, können durch den Anschlagflansch begrenzt werden. Dadurch kann eine zu starke Belastung der Speichen, die möglicherweise zu einer plastischen Verformung der Speichen führen würde, vermieden werden.
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Insbesondere weist der Drehschwingungsdämpfer mehrere in axialer Richtung paketartig gestapelte Speichentilger auf. Dadurch kann bei einem kompakten Aufbau des Drehschwingungsdämpfers der von der Kurbelwelle zur Verfügung gestellte axiale Bauraum zur Drehschwingungsdämpfung genutzt werden. Die mehreren Speichentilger können hierbei im Wesentlichen identisch ausgestaltet sein, um die Dämpfungswirkung in einem bestimmten Frequenzbereich zu verstärken. Zusätzlich oder alternativ können zumindest zwei Speichentilger für unterschiedliche Frequenzbereiche ausgelegt sein, so dass der Drehschwingungsdämpfer in mehreren Frequenzbereichen, die insbesondere unterschiedlichen Motorordnungen zugeordnet sind, dämpfen kann.
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Vorzugsweise ist in dem Kurbelwellengehäuse ein Ölsumpf mit Motoröl ausgebildet, wobei der Drehschwingungsdämpfer teilweise in das Motoröl des Ölsumpfes eingetaucht ist. Der Drehschwingungsdämpfer kann dadurch automatisch mit Motoröl geschmiert werden, so dass ein reibungsbedingter Verschleiß vermieden oder zumindest reduziert werden kann. Eine aktive Beölung kann dadurch eingespart werden. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass der als Speichentilger ausgestaltalte Drehschwingungsdämpfer eine vergleichsweise große Erstreckung in radialer Richtung aufweist, die insbesondere über die radiale Erstreckung der Kurbelwelle, vorzugsweise im Bereich der Kurbelwellenkröpfung, hinausgeht, so dass zwar der Drehschwingungsdämpfer aber nicht unbedingt die Kurbelwelle in das Motoröl im Ölsumpf eintaucht. Der Ölsumpf ist insbesondere durch eine Ölwanne ausgebildet, die als separates Bauteil zum übrigen Kurbelwellengehäuse ausgebildet ist.
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Besonders bevorzugt ist in dem Kurbelwellengehäuse durch eine Trennwand ein Kettengehäuse abgetrennt, wobei in dem Kettengehäuse ein mit der Kurbelwelle gekoppeltes Kettenrad, insbesondere zum Antrieb einer Nockenwelle oder Ausgleichswelle, vorgesehen ist, wobei der Drehschwingungsdämpfer innerhalb des Kettengehäuses oder außerhalb des Kettengehäuses angeordnet ist. Durch die Trennwand ist das Kettengehäuse insbesondere von einem Motoröl enthaltenen Ölsumpf im übrigen Kurbelwellengehäuse abgetrennt. Die Kurbelwelle ist hierbei durch eine Öffnung in der Trennwand, die insbesondere beispielsweise mit Hilfe eines Radialwellendichtrings abgedichtet ist, in das Kettengehäuse hinein geführt. Insbesondere wenn an dem von dem Kettengehäuse weg weisenden aus dem Kurbelwellengehäuse herausragenden Ende der Kurbelwelle eine Schwungscheibe vorgesehen ist, kann das größte Reduktionspotential des Drehschwingungsdämpfers am von der Schwungscheibe weg weisenden Ende der Kurbelwelle vorliegen. Durch die Anordnung des Drehschwingungsdämpfers im Kettengehäuse kann dieses Reduktionspotential in einem besonders großen Ausmaß realisiert werden. Hierbei kann der Drehschwingungsdämpfer neben einer von der Trennwand weg weisenden Axialseite des Kettenrads und der Innenseite des Kurbelwellengehäuses oder zwischen der Trennwand und einer zur Trennwand weisenden Axialseite des Kettenrads mit der Kurbelwelle verbunden sein.
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Insbesondere ist die Kurbelwelle an nur einer Axialseite aus dem Kurbelwellengehäuse herausgeführt, wobei der Drehschwingungsdämpfer am freien Ende der Kurbelwelle in dem Kurbelwellengehäuse angekoppelt ist. Insbesondere wenn ein Riementrieb an dem in Kraftflussrichtung von einem Kraftfahrzeuggetriebe weg weisenden Ende der Kurbelwelle nicht vorgesehen und eigespart ist, beispielsweise indem Nebenaggregate des Kraftfahrzeugs elektrisch und nicht mechanisch über einen Riementrieb angetrieben sind, kann das innerhalb des Kurbelwellengehäuses angeordnete freie Ende der Kurbelwelle zur Anbindung des Drehschwingungsdämpfers genutzt werden. Hierzu kann die Kurbelwelle von einer innerhalb des Kurbelwellengehäuses vorgesehenen Kurbelwellenlagers etwas abstehen, um den Drehschwingungsdämpfer und gegebenenfalls ein Kettenrad, insbesondere zum Antrieb einer Nockenwelle oder Ausgleichswelle, zu befestigen. Der Drehschwingungsdämpfer kann dadurch in einem Bereich mit dem größten Reduktionspotential angeordnet sein.
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Vorzugsweise ist die Kurbelwelle außerhalb des Kurbelwellengehäuses mit einer Schwungscheibe drehfest verbunden, wobei die Schwungscheibe einen Rotor einer elektrischen Maschine ausbildet. Die Schwungscheibe kann hierbei in Kraftflussrichtung an der von einem Kraftfahrzeuggetriebe weg weisenden Axialseite oder einer zum Kraftfahrzeuggetriebe hin weisenden Axialseite des Kurbelwellengehäuses vorgesehen sein. Der Rotor der elektrischen Maschine kann so massiv ausgeführt sein, dass der Rotor gleichzeitig als Schwungscheibe für den Kraftfahrzeugmotor dienen kann. Der Drehschwingungsdämpfer ist hierbei möglichst weit zu der Schwungscheibe versetzt innerhalb des Kurbelwellengehäuses positioniert. Dadurch kann die träge Masse der Schwungscheibe einerseits und das Dämpfungsvermögen des Drehschwingungsdämpfers andererseits zur Drehschwingungsdämpfung beitragen ohne sich gegenseitig zu stören.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung eines als Speichentilgers ausgestalteten Drehschwingungsdämpfers im Inneren eines Kurbelwellengehäuse eines Kraftfahrzeugmotors zur Dämpfung von Drehschwingungen einer in dem Kurbelwellengehäuse angetriebenen Kurbelwelle. Die Verwendung und der Drehschwingungsdämpfer können hierbei insbesondere wie vorstehend anhand des Kraftfahrzeugmotors beschreiben aus- und weitergebildet sein. Durch die Anordnung des als Speichentilger ausgestalteten Drehschwingungsdämpfers im Innern des Kurbelwellengehäuses kann bei einem minimalen axialen Bauraumbedarf über die gesamte Lebensdauer eine gute Dämpfungswirkung erreicht werden, so dass eine bauraumsparende Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Kraftfahrzeugmotors,
- 2: eine schematische Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Kraftfahrzeugmotors und
- 3: eine schematische Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform eines Kraftfahrzeugmotors.
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Der in 1 dargestellte Kraftfahrzeugmotor 10 weist ein Kurbelwellengehäuse 12 auf, in dem eine von Kolben 14 angetriebene Kurbelwelle 16 vorgesehen ist. In dem Kurbelwellengehäuse 12 ist ein Ölsumpf 18 ausgebildet, in dem ein Motoröl 20 vorgesehen ist. Die Kurbelwelle 16 ragt getriebeseitig aus dem Kurbelwellengehäuse 12 heraus und ist außerhalb des Kurbelwellengehäuses 12 mit einer Schwungscheibe 22 verbunden. An der gegenüberliegenden Axialseite ragt die Kurbelwelle 16 ebenfalls aus dem Kurbelwellengehäuse 12 heraus, wo die Kurbelwelle 16 außerhalb des Kurbelwellengehäuses 12 über eine Riemenscheibe 24 mit einem zum Antrieb von Nebenaggregaten vorgesehenen Riementrieb gekoppelt ist. Innerhalb des Kurbelwellengehäuses 12 ist eine in einer Radialebene der Kurbelwelle 16 liegenden Trennwand 26 vorgesehen, durch die ein Kettengehäuse 28 abgetrennt ist, in welches kein Motoröl hineingelangt. In dem Kettengehäuse 28 ist ein Kettenrad 30 vorgesehen, das über einen Kettentrieb beispielsweise eine Nockenwelle oder Ausgleichswelle antreiben kann. Hierbei ist es grundsätzlich möglich, dass eine Kette des Kettentriebs aus dem Kettengehäuse 28 und damit auch aus dem Kurbelwellengehäuse 12 herausgeführt ist.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in axialer Richtung zwischen den Kolben von Verbrennungszylindern des Kraftfahrzeugmotors 10 und der Trennwand ein als Speichentilger ausgestalteter Drehschwingungsdämpfer 32 mit der Kurbelwelle 16 direkt drehfest verbunden. Der Drehschwingungsdämpfer 32 ist außerhalb des Kettengehäuses 28 vorgesehen und kann in das Motoröl 20 eintauchen. Hierbei ist der Drehschwingungsdämpfer 32 in axialer Richtung von der Schwunscheibe 22 vergleichsweise weit weg positioniert.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform des Kraftfahrzeugmotors 10 ist im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform des Kraftfahrzeugmotors 10 der Riementrieb mit der Riemenscheibe 24 entfallen, so dass die Kurbelwelle 16 nicht im Bereich des Kettengehäuses 28 aus dem Kurbelwellengehäuse 12 herausgeführt sein braucht. Stattdessen kann das in dem Kurbelwellengehäuse 12 verbleibende Ende der Kurbelwelle 16 innerhalb des Kurbelwellengehäuses 12 gelagert sein. Dies bietet sich insbesondere an, wenn die Schwungscheibe 22 gleichzeitig als Rotor einer elektrischen Maschine ausgebildet ist und die Nebenaggregate von dieser elektrischen Maschine angetrieben werden, so dass der Riementrieb eingespart werden kann.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des Kraftfahrzeugmotors 10 ist im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform des Kraftfahrzeugmotors 10 der Drehschwingungsdämpfer 32 noch weiter zu der Schwungscheibe 22 axial beabstandet, indem der Drehschwingungsdämpfer 32 innerhalb des Kettengehäuses 28 angeordnet ist. Der Drehschwingungsdämpfer 32 ist hierbei zwischen der Trennwand 26 und dem Kettenrad 30 angeordnet. Es ist aber möglich, dass der Drehschwingungsdämpfer 32 zwischen dem Kettenrad 30 und der Riemenscheibe 24 innerhalb des Kurbelwellengehäuses 12 angeordnet sein kann, um den Drehschwingungsdämpfer 32 noch weiter zu der Schwungscheibe 22 zu beabstanden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeugmotor
- 12
- Kurbelwellengehäuse
- 14
- Kolben
- 16
- Kurbelwelle
- 18
- Ölsumpf
- 20
- Motoröl
- 22
- Schwungscheibe
- 24
- Riemenscheibe
- 26
- Trennwand
- 28
- Kettengehäuse
- 30
- Kettenrad
- 32
- Drehschwingungsdämpfer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5231893 A [0002]
- DE 102015213653 A1 [0007, 0009]
