DE102019115753A1 - Hybridanordnung mit Torsionsschwingungsdämpfer - Google Patents

Hybridanordnung mit Torsionsschwingungsdämpfer Download PDF

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Martin Häßler
Alain Rusch
Laurent Theriot
Stephan Maienschein
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridanordnung (47), zumindest umfassend eine elektrische Maschine (48) mit einem Stator (49) und einem Rotor (50) sowie eine Primärseite (55) mit einer Eingangswelle (51) und eine Sekundärseite (56) mit mindestens einer Ausgangswelle (52) sowie mindestens eine Kupplung (53), zur schaltbaren Verbindung zumindest der Primärseite (55) oder des Rotors (50) mit der Sekundärseite (56), sowie mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer (1), mit einer gemeinsamen Rotationsachse (2), wobei über den mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer (1) zumindest ein Drehmoment von dem Rotor (50) oder von der Primärseite (55) hin zur Sekundärseite (56) übertragbar ist, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer (1) zumindest die folgenden Komponenten aufweist:- eine Eingangsseite (4);- eine Ausgangsseite (5);- ein oder mehr Zwischenelemente (6,7,8) in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite (4) und der Ausgangsseite (5);- je Zwischenelement (6,7,8) einen ersten Wälzkörper (9) und einen zweiten Wälzkörper (10), wobei das zumindest eine Zwischenelement (6,7,8) jeweils eine Übersetzungsbahn (11,12) zum Abwälzen der Wälzkörper (9,10), wobei die Eingangsseite (4) und die Ausgangsseite (5) eine zu der jeweiligen Übersetzungsbahn (11,12) komplementäre Gegenbahn (13,14) aufweist;- eine zu der Anzahl der Zwischenelemente korrespondierende Anzahl von Energiespeicherelementen (15,16,17), mittels welcher das dem jeweiligen Energiespeicherelement (15,16,17) zugeordnete Zwischenelement (6,7,8) schwingbar abgestützt ist. Der Torsionsschwingungsdämpfer (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement (15,16,17) mit einem Vektoranteil (18) in Umfangsrichtung (19) wirkend angeordnet ist und/oder je Zwischenelement (6,7,8) als abwälzbare Körper ausschließlich der erste Wälzkörper (9) und der zweite Wälzkörper (10) vorgesehen sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridanordnung mit einem Torsionsschwingungsdämpfer. Dabei sind Energiespeicherelemente des Torsionsschwingungsdämpfers außerhalb eines Drehmomentflusses zwischen einer Primärseite und einer Sekundärseite der Hybridanordnung angeordnet.
  • Der Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, weist zumindest die folgenden Komponenten auf:
    • - eine Eingangsseite;
    • - eine Ausgangsseite;
    • - ein oder mehr Zwischenelemente in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite;
    • - je Zwischenelement einen ersten Wälzkörper und einen zweiten Wälzkörper, wobei das zumindest eine Zwischenelement jeweils eine Übersetzungsbahn zum Abwälzen der Wälzkörper, wobei die Eingangsseite und die Ausgangsseite eine zu der jeweiligen Übersetzungsbahn komplementäre Gegenbahn aufweist;
    • - eine zu der Anzahl der Zwischenelemente korrespondierende Anzahl von Energiespeicherelementen, mittels welcher das dem jeweiligen Energiespeicherelement zugeordnete Zwischenelement schwingbar abgestützt ist. Der Torsionsschwingungsdämpfer ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung wirkend angeordnet ist und/oder je Zwischenelement als abwälzbare Körper ausschließlich der erste Wälzkörper und der zweite Wälzkörper vorgesehen sind.
  • Eine Hybridanordnung umfasst zumindest
    • • eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor sowie
    • • eine Primärseite (über die z. B. ein Antriebsdrehmoment in die Hybridanordnung einleitbar ist) mit einer Eingangswelle und
    • • eine Sekundärseite (über die z. B. ein Antriebsdrehmoment ausgehend von der Hybridanordnung an z. B. ein Getriebe oder ähnliches weiterleitbar ist) mit mindestens einer Ausgangswelle sowie
    • • mindestens eine Kupplung, zur schaltbaren Verbindung der Primärseite oder des Rotors mit der Sekundärseite, sowie
    • • mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer,
    mit einer gemeinsamen Rotationsachse.
  • Torsionsschwingungsdämpfer sind in einen mit periodischen Störungen angeregten Antriebsstrang gezielt eingebrachte Torsionsnachgiebigkeiten. Ziel hierbei ist, die in verschiedenen Betriebssituationen auftretenden störenden Schwingungsresonanzen in einen Drehzahlbereich möglichst unterhalb der Betriebsdrehzahlen zu verschieben. Im Betriebsdrehzahlbereich verbleibende Schwingungsresonanzen werden über eine integrierte Reibeinrichtung gedämpft.
  • Hybridanordnungen (bzw. Hybridmodule) verwenden Torsionsschwingungsdämpfer, um die bei dem Betrieb von elektrischen Maschinen gegebene Laufruhe auch bei Verbrennungsmotorbetrieb durch entsprechende Isolation zu gewährleisten.
  • Um einen weitgehend überkritischen Betrieb mit einer guten Schwingungsisolation von den Störungen am Antrieb zu ermöglichen, wird eine möglichst hohe Torsionsnachgiebigkeit, d.h. eine niedrige Torsionssteifigkeit angestrebt. Allerdings muss der Torsionsschwingungsdämpfer gleichzeitig das maximale Antriebsmoment abdecken, was bei niedriger Torsionssteifigkeit einen entsprechend hohen Verdrehwinkel erfordert. In einem gegebenen Einbauraum ist der darstellbare Verdrehwinkel durch die Kapazität eingesetzter Energiespeicher und die ausreichend robust zu gestaltenden Bauteile, die im Drehmomentenfluss stehen, jedoch naturgemäß begrenzt. Es sind daher ständig innovative Konzepte gesucht, die helfen, diese Grenzen zu Gunsten von verbesserter Funktion oder verringerten Kosten zu verschieben.
  • Aus dem Stand der Technik sind Torsionsschwingungsdämpfer verschiedenster Art bekannt. Beispielsweise ist aus der EP 2 508 771 A1 ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, bei welchem eine Ausgangsseite mit einem (Doppel-) Nocken versehen ist, welcher auf ein hebelartiges Zwischenelement wirkt, wobei das Zwischenelement verkippbar an einer Scheibe einer Eingangsseite angebunden ist. Das Zwischenelement ist mittels einer Druckfeder gegen den Nocken der Ausgangsseite vorgespannt und wird beim Überlaufen der Nockengeometrie gegen die Druckfeder ausgelenkt. Die Druckfeder ist gegenüberliegend des Zwischenelements mit der Eingangsseite druckkraftübertragend verbunden, und somit wird ein Drehmoment über die Druckfeder von der Eingangsseite hin zur Ausgangsseite geleitet.
  • Aus der FR 3 057 321 A1 ist ein andere Variante eines Torsionsschwingungsdämpfers bekannt, bei welchem an einer Ausgangsseite ein hebelartiger Federkörper nach Art einer (Freiform-) Festkörperfeder vorgesehen ist, wobei dieser Federkörper radial außenseitig eine rampenartige Übersetzungsbahn aufweist, welche mit einer auf dieser Übersetzungsbahn abwälzenden Rolle drehmomentübertragend verbunden ist. Die Rolle ist auf einem Bolzen rotierbar gelagert. Tritt eine Torsionsschwingungen auf, so wird eine Relativbewegung zwischen dem Federkörper und der korrespondierenden Rolle bewirkt, und aufgrund der rampenartigen Übersetzungsbahn wird der Federkörper in seiner rotatorischen Relativbewegung zu der Rolle von der Rolle entgegen seiner Federkraft hebelartig ausgelenkt. Damit wird eine Torsionsschwingung gedämpft.
  • Sowohl die Hebel aus der EP 2 508 771 A1 als auch die Federkörper der FR 3 057 323 A1 sind, sofern eine geringe Dissipation also ein hoher Wirkungsgrad erwünscht ist, technisch schwer zu beherrschen und/oder teuer in der Fertigung beziehungsweise Montage.
  • Beispielsweise aus der WO 2018 / 215 018 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, bei welchem zwei Zwischenelemente vorgesehen sind, welche zwischen einer Ausgangsseite und einer Eingangsseite über Wälzkörper gelagert sind. Die Wälzkörper laufen derart auf komplementären Übersetzungsbahnen ab, dass die Zwischenelemente einer Zwangsführung unterliegen. Die beiden Zwischenelemente sind mittels Energiespeicherelementen gegeneinander vorgespannt, sodass die funktionswirksame Steifigkeit der Energiespeicherelemente unabhängig von einer Drehmomentübertragung auslegbar sind. Für viele Anwendungen ist es einerseits erforderlich, die Eigenfrequenz eines drehmomentübertragenden Systems zu reduzieren und zugleich ein hohes Drehmoment übertragen zu können. Aus der ersten Forderung folgt, dass die funktionswirksame Steifigkeit gering sein muss. Aus der zweiten Forderung folgt, dass die Steifigkeit der Energiespeicherelemente groß sein muss. Diese gegensätzlichen Forderungen können mittels der Wälzkörper und der Übersetzungsbahnen gelöst werden. Ein Drehmoment wird einzig mittels der Übersetzungsbahnen und der dazwischen angeordneten Wälzkörper zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen. Die funktionswirksame Steifigkeit, welche also die Eigenfrequenz verändert, ist aufgrund der geringen Steigung und der großen Verdrehwinkel in einen geringen Federweg übersetzt. Aus diesem Kurvengetriebe resultiert eine (beliebig) geringe funktionswirksame Steifigkeit. Vorteilhaft bei diesem System ist also, dass die Energiespeicherelemente unabhängig von dem (maximalen) übertragbaren Drehmoment auslegbar sind. Allerdings ist die gezeigte Ausführungsform mit einer hohen Anzahl an separaten Wälzkörpern und den hohen Anforderungen an die komplementären Übersetzungsbahnen aufwendig und teuer in der Fertigung und Montage. Damit ist dieses System nicht in allen Bereichen wettbewerbsfähig.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
  • Es wird im Folgenden auf eine Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
  • Die Erfindung betrifft eine Hybridanordnung, zumindest umfassend
    • • eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor sowie
    • • eine Primärseite (über die z. B. ein Antriebsdrehmoment in die Hybridanordnung einleitbar ist) mit einer Eingangswelle und
    • • eine Sekundärseite (über die z. B. ein Antriebsdrehmoment ausgehend von der Hybridanordnung an z. B. ein Getriebe oder ähnliches weiterleitbar ist) mit mindestens einer Ausgangswelle sowie
    • • mindestens eine Kupplung, zur schaltbaren Verbindung der Primärseite oder des Rotors mit der Sekundärseite, sowie
    • • mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer,
    mit einer gemeinsamen Rotationsachse. Über den mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer ist zumindest ein Drehmoment von dem Rotor hin zur Sekundärseite oder von der Primärseite hin zur Sekundärseite übertragbar. Der Torsionsschwingungsdämpfer weist zumindest die folgenden Komponenten auf:
    • • eine Eingangsseite zum Aufnehmen eines Drehmoments (ausgehend von der Primärseite;
    • • eine Ausgangsseite zum Abgeben eines Drehmoments (hin zur Sekundärseite);
    • • zumindest ein Zwischenelement in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite;
    • • je Zwischenelement einen ersten Wälzkörper und einen zweiten Wälzkörper, wobei das zumindest eine Zwischenelement eine erste Übersetzungsbahn zum Abwälzen des ersten Wälzkörpers und eine zweite Übersetzungsbahn zum Abwälzen des zweiten Wälzkörpers aufweist, wobei die Eingangsseite eine zu der ersten Übersetzungsbahn komplementäre erste Gegenbahn und die Ausgangsseite eine zu der zweiten Übersetzungsbahn komplementäre zweite Gegenbahn aufweist, wobei der erste Wälzkörper zwischen der ersten Übersetzungsbahn und der ersten Gegenbahn abwälzbar geführt ist und der zweite Wälzkörper zwischen der zweiten Übersetzungsbahn und der zweiten Gegenbahn abwälzbar geführt ist;
    • • zumindest ein Energiespeicherelement, mittels welchem das dem Energiespeicherelement zugeordnete Zwischenelement schwingbar abgestützt ist.
  • Der Torsionsschwingungsdämpfer enthält insbesondere eine um eine Rotationsachse angeordnete Eingangsseite und eine gegenüber der Eingangsseite um die Rotationsachse begrenzt entgegen der Wirkung der Energiespeicherelemente verdrehbare Ausgangsseite. Der Torsionsschwingungsdämpfer enthält mindesten ein Energiespeicherelement (z. B. eine Federeinrichtung) zur Dämpfung von Dreh- beziehungsweise Torsionsschwingungen, das außerhalb des Drehmomentpfads zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite angeordnet ist. Hierdurch kann das mindestens eine Energiespeicherelement weitgehend unabhängig von dem über den Torsionsschwingungsdämpfer zu übertragenden Drehmoment ausgelegt und auf seine eigentliche Aufgabe der Schwingungsisolation angepasst werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform eines derartigen Torsionsschwingungsdämpfers enthält zumindest ein oder mehr zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite angeordnete drehmomentübertragende Zwischenelemente, die mittels der Bahnen für die Wälzkörper (die Kurvengetriebe ausbilden) bei einer Relativverdrehung von Eingangsseite und Ausgangsseite zwangsweise radial verlagernd angeordnet sind. Hierbei wird das gesamte über den Torsionsschwingungsdämpfer zu übertragende Drehmoment von der Eingangsseite über das eine Zwischenelement oder die Mehrzahl von Zwischenelementen auf die Ausgangsseite übertragen.
  • Die Hybridanordnung ist insbesondere zwischen einer Antriebseinheit (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine oder eine - weitere - elektrische Maschine) und einem Getriebe oder einem Drehmomentwandler angeordnet. Insbesondere ist die Primärseite mit z. B. einer Antriebswelle der Antriebseinheit verbunden. Insbesondere ist die Sekundärseite mit dem Getriebe, z. B. einer Getriebeeingangswelle, bzw. dem Drehmomentwandler verbunden. Über die Hybridanordnung kann ein Drehmoment der elektrischen Maschine, zusätzlich zu einem von einer Antriebseinheit bereitgestelltem Drehmoment, in einen Antriebsstrang eingeleitet werden. Die elektrische Maschine der Hybridanordnung kann so z. B. auch zum Starten z. B. einer über die Primärseite mit der Hybridanordnung verbundenen Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. Weiter kann die elektrische Maschine der Hybridanordnung als Generator eingesetzt werden, wobei die elektrische Maschine über ein Drehmoment (eingeleitet über die Primärseite oder die Sekundärseite) angetrieben werden kann.
  • Die Primärseite und/oder der Rotor der elektrischen Maschine der Hybridanordnung ist insbesondere über den Torsionsschwingungsdämpfer mit der Sekundärseite verbunden.
  • Über die Primärseite wird z. B. ein Drehmoment in die Hybridanordnung eingeleitet, z. B. über eine Eingangswelle. Ein weiteres Drehmoment kann über die elektrische Maschine in die Hybridanordnung eingeleitet werden. Über die Sekundärseite wird das in der Hybridanordnung erzeugte Drehmoment weitergeleitet.
  • An der Sekundärseite kann eine Ausgangswelle oder auch mehrere Ausgangswellen angeordnet sein. Über jede Ausgangswelle kann z. B. jeweils eine Getriebeeingangswelle angetrieben werden.
  • Über mindestens eine Kupplung kann die Primärseite z. B. mit der Eingangswelle schaltbar verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Eingangswelle über eine Kupplung mit dem Rotor schaltbar verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Rotor über mindestens eine Kupplung mit der Sekundärseite bzw. mit der mindestens einen Ausgangswelle schaltbar verbunden sein. Insbesondere kann der Rotor über eine (erste) Kupplung mit einer (ersten) Ausgangswelle und über eine (zweite) Kupplung mit einer (zweiten) Ausgangswelle schaltbar verbunden sein.
  • Die Kupplung kann insbesondere zumindest eine Anpressplatte und eine Gegenplatte sowie eine dazwischen angeordnete Kupplungsscheibe umfassen, wobei die Kupplungsscheibe infolge einer Verlagerung der Anpressplatte hin zu oder weg von der Gegenplatte zwischen Anpressplatte und Gegenplatte schaltbar klemmbar ist. Damit ist ein Drehmoment von Anpressplatte und Gegenplatte schaltbar auf die Kupplungsscheibe übertragbar.
  • Die Kupplung kann insbesondere eine Lamellenkupplung sein, wobei über eine schaltbare drehmomentübertragene Verbindung der Lamellen ein Drehmoment über die Lamellenkupplung schaltbar übertragbar ist.
  • Der Torsionsschwingungsdämpfer ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement wirkend angeordnet ist.
  • Der Torsionsschwingungsdämpfer weist eine geringe Anzahl von separaten Komponenten auf und nur eine geringe Anzahl von Wälzkörpern und komplementären Übersetzungsbahnen, welche hier zwischenelementseitig als Übersetzungsbahn und eingangsseitig beziehungsweise ausgangsseitig als (komplementäre) Gegenbahn bezeichnet werden.
  • Die Eingangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers (und auch die Primärseite der Hybridanordnung) ist hier zum Aufnehmen eines Drehmoments eingerichtet, wobei hier nicht ausgeschlossen ist, dass die Eingangsseite (wie auch die Primärseite) auch zum Abgeben eines Drehmoments eingerichtet ist. Beispielsweise leitet die Eingangsseite in einem Hauptzustand ein Drehmoment, beispielsweise in einem Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs bei einem sogenannten Zugmoment, also einer Drehmomentabgabe von einer Antriebsmaschine (dem Rotor der elektrischen Maschine der Hybridanordnung oder von einer über die Primärseite mit der Hybridanordnung verbundenen Antriebseinheit), beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrischen Maschine, über einen Getriebestrang auf Fahrzeugräder zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs.
  • Die Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers (und auch die Sekundärseite der Hybridanordnung) ist entsprechend zum Abgeben eines Drehmoments eingerichtet, wobei auch die Ausgangseite (wie auch die Sekundärseite) insbesondere zum Aufnehmen eines Drehmoments eingerichtet ist. Die Ausgangsseite (wie auch die Sekundärseite) bildet also beispielsweise in der Anwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einem Nebenzustand die Eingangsseite für ein sogenanntes Schubmoment, also wenn die Trägheitsenergie des fahrenden Kraftfahrzeugs beim Motorbremsen oder bei der Rekuperation (Gewinnung elektrischer Energie aus der Entschleunigung des Kraftfahrzeugs) das über die Ausgangsseite (bzw. die Sekundärseite) eingeleitete Eingangsdrehmoment bildet.
  • Damit eine Torsionsschwingung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite oder umgekehrt nicht unmittelbar übertragen wird, ist zumindest ein Zwischenelement vorgesehen, bzw. sind bevorzugt zumindest zwei Zwischenelemente vorgesehen. Das zumindest eine Zwischenelement ist in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite angeordnet. Das zumindest eine Zwischenelement ist hierbei relativ zu der Eingangsseite und relativ zu der Ausgangsseite bewegbar, sodass eine Torsionsschwingung in das Zwischenelement und damit auf die Energiespeicherelemente mit einer vorbestimmten (funktionswirksamen) Steifigkeit induzierbar ist. Damit ist die Eigenfrequenz, eine Funktion der Masse und der Steifigkeit, des Systems, in welches der Torsionsschwingungsdämpfer eingebunden ist, veränderbar, bevorzugt verringerbar.
  • Das Zwischenelement ist mittels zumindest eines Energiespeicherelements, beispielsweise einer Bogenfeder, einer Blattfeder, einem Gasdruckspeicher oder vergleichbarem, an sich selbst oder einem benachbarten Zwischenelement abgestützt. Das Energiespeicherelement ist an einer entsprechenden, bevorzugt einstückigen, Verbindungseinrichtung des zugeordneten Zwischenelements kraftübertragend beziehungsweise momentübertragend abgestützt. Beispielsweise ist die Verbindungseinrichtung eine Anlagefläche und/oder eine Nietstelle.
  • Das zumindest eine Zwischenelement ist an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite jeweils mittels der in Reihe geschalteten Wälzkörper abgestützt, wobei das Zwischenelement für jeweils einen der Wälzkörper eine Übersetzungsbahn aufweist und an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite jeweils eine komplementäre Gegenbahn für denselben (zugeordneten) Wälzkörper ausgebildet ist. Die komplementäre Gegenbahn ist von der Ausgangsseite beziehungsweise von der Eingangsseite gebildet, bevorzugt mit der Eingangsseite und der Ausgangsseite jeweils einstückig. Über die Gegenbahn und Übersetzungsbahn wird ein Drehmoment übertragen. Über das zumindest eine Energiespeicherelement wird kein Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen.
  • Wird beispielsweise ein Drehmoment, beispielsweise von der Eingangsseite, eingeleitet, so werden infolge eines vorliegenden Drehmomentgradients über dem Torsionsschwingungsdämpfer die Wälzkörper auf der Übersetzungsbahn und der komplementären Gegenbahn aus einer Ruhelage in der entsprechenden Richtung auf der rampenartigen Übersetzungsbahn (hoch) gewälzt. Mit einem hochwälzen ist hier lediglich zur Veranschaulichung bezeichnet, dass eine Arbeit verrichtet wird. Genauer wird aufgrund des geometrischen Zusammenhangs eine entgegenstehende Kraft des Energiespeicherelements überwunden. Ein runterwälzen bedeutet also ein Abgeben eingespeicherter Energie von dem Energiespeicherelement in Form einer Kraft auf das zugeordnete Zwischenelement. Hoch und runter entsprechend also nicht zwangsläufig einer Raumrichtung, auch nicht in einem mitrotierenden Koordinatensystem.
  • Mit dieser drehmomentbedingten Bewegung zwingen die Wälzkörper dem zugehörigen Zwischenelement eine relative Bewegung gegenüber der Eingangsseite und der Ausgangsseite auf und das antagonistisch wirkende Energiespeicherelement wird entsprechend gespannt. Tritt eine Änderung des anliegenden Drehmoments und einhergehend eine Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite auf, wie beispielsweise bei einer Torsionsschwingung, so steht dem die Trägheit der anderen (drehmomentaufnehmenden) Seite, hier der Ausgangsseite, entgegen und die Wälzkörper wälzen (in vorbestimmter Weise) auf der Übersetzungsbahn sowie auf der komplementären Gegenbahn um die dem anliegenden Drehmoment entsprechenden Lage hin und her. Damit arbeiten die Wälzkörper dem von einem Drehmomentbetrag abhängig gespannten Energiespeicherelement entgegen, sodass eine Eigenfrequenz im Vergleich zu einer Ruhelage beziehungsweise einer Drehmomentübertragung ohne Torsionsschwingungsdämpfer (aber gleicher mitbewegter Schwungmasse) verändert ist.
  • Die Kraft wird in Form von einer Stauchung, Dehnung, Torsion oder anderen Energieeinspeicherung von dem entsprechend ausgeführten Energiespeicherelement aufgenommen und zeitverzögert, bevorzugt (nahezu) dissipationsfrei, an die jeweils andere Seite, hier beispielsweise der Ausgangsseite, weitergegeben. Der Drehmomenteintrag, hier beispielsweise der Eingangsseite, inklusive der Torsionsschwingung wird damit, bevorzugt (nahezu) verlustfrei, zeitlich verändert, hier beispielsweise an die Ausgangsseite, weitergegeben. Darüber hinaus ist die Eigenfrequenz wie oben erläutert nicht konstant, sondern infolge der veränderbaren Lage des Zwischenelements von dem Drehmomentgradienten und damit von dem anliegenden Drehmoment abhängig.
  • In einem umgekehrten Fall der Einleitung eines Drehmomenteintrags über die Ausgangsseite zur Abgabe an die Eingangsseite, werden die Wälzkörper entsprechend in der anderen (im Vergleich zu der vorstehenden Beschreibung der Einleitung eines Drehmoments über die Eingangsseite entgegengesetzten) Richtung auf der Übersetzungsbahn (hoch) gewälzt. Diese Bewegung der Wälzkörper verursachen eine Belastung des Energiespeicherelements in der anderen Richtung beziehungsweise bei einer paarigen Anordnung eine Entlastung an dem nach obigem Beispiel belasteten, beispielsweise ersten, Energiespeicherelement und eine Belastung des jeweils anderen, beispielsweise zweiten, Energiespeicherelements. Bei einer gegenseitigen Abstützung von zwei oder mehr Zwischenelementen mittels jeweils eines (gemeinsamen) Energiespeicherelements in einer Kreisanordnung werden alle Energiespeicherelemente gespannt, beispielsweise nach Art einer Schraubzwinge mittels einer radialen Inwärtsverschiebung der Energiespeicherelemente.
  • Bei einer Änderung des Drehmoments, wie sie bei einer Torsionsschwingung auftritt, wird das zumindest eine Energiespeicherelement um die dem anliegenden Drehmoment entsprechenden Lage ausgelenkt und die eingespeicherte Energie in Form von einer veränderten, also zeitlich verzögerten Bewegung, im Zusammenwirken mit den abwälzenden Wälzkörpern zwischen der jeweiligen Übersetzungsbahn und komplementären Gegenbahn, hier auf die Ausgangsseite, übertragen. Damit wird die Eigenfrequenz des drehmomentübertragenden Systems, in welches der Torsionsschwingungsdämpfer eingebunden ist, verändert.
  • In einer Ausführungsform sind zwei oder mehr Zwischenelemente vorgesehen, welche bevorzugt zu der Rotationsachse rotationssymmetrisch angeordnet sind, sodass der Torsionsschwingungsdämpfer mit einfachen Mitteln ausgewuchtet ist. Für eine geringe Anzahl von Komponenten und (Übersetzungs-) Bahnen ist eine Ausführungsform mit genau zwei Zwischenelementen vorteilhaft.
  • Bevorzugt sind jeweils zwei Energiespeicherelemente zum Einwirken auf ein (einziges) Zwischenelement vorgesehen, wobei die Energiespeicherelemente einander antagonistisch angeordnet sind und bevorzugt entsprechend der Ausführungsform der Übersetzungsbahnen und komplementären Gegenbahnen miteinander ins Gleichgewicht gebracht sind. In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eine Zwangsführung vorgesehen, mittels welcher zumindest eines der Zwischenelemente geometrisch geführt eine Bewegung aufgezwungen ist, beispielsweise nach Art von einer Schiene beziehungsweise Nut und umgreifendem Zapfen beziehungsweise hineingreifender Feder.
  • Die Energiespeicherelemente wirken gemäß diesem Vorschlag (abweichend von Ausführungsformen des nachfolgenden Vorschlags) mit einer Kraftrichtung mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement ein. Die Umfangsrichtung ist an einem konzentrischen Kreis zu der Rotationsachse definiert. Die Umfangsrichtung ist in einer Ausführungsform über eine Bewegung des zugeordneten Zwischenelements konstant ausgerichtet, wandernd an einem konstanten Kreis oder konstant oder wandernd an einem veränderlichen Kreis ausgerichtet. Der Kreis ist zumindest so groß, dass er das Zwischenelement berührt, bevorzugt so groß, dass der Kreis einen Kontaktpunkt oder eine Kontaktfläche, an welcher Stelle die Kräfte zwischen dem betreffenden Energiespeicherelement und dem zugeordneten Zwischenelement übertragen wird, schneidet. Eine Umfangsrichtung ist zu einem Radius mit der Rotationsachse als Zentrum senkrecht ausgerichtet. Der jeweils zugrundeliegende Radius schneidet den Kontaktpunkt beziehungsweise die Kontaktfläche von dem Energiespeicherelement und dem Zwischenelement. An dem Zwischenelement ergibt sich so eine Kraftrichtung mit einem großen Vektoranteil in Umfangsrichtung, bevorzugt mit einem Vektoranteil in Umfangsrichtung, welcher größer ist als der Vektoranteil in radialer Richtung. Das heißt, die Kraft auf das Zwischenelement ist nicht rein radial ausgerichtet, sondern ausschließlich (im Kontaktpunkt) tangential zu der Umfangsrichtung oder mit einem radialen Vektoranteil und mit einem (im Kontaktpunkt) tangentialen Vektoranteil. Damit ergibt sich eine Kraftrichtung, welche in dasselbe Zwischenelement (von der anderen Seite), beispielsweise mittels einer Schraubenbogenfeder, oder in das benachbarte Zwischenelement etwa entlang der Umfangsrichtung überleitbar ist. Dies ermöglicht beispielsweise anstelle einer Auslenkung (beziehungsweise Schwingung) des Energiespeicherelements ausschließlich in (radialer) Querrichtung eine Auslenkung zusätzlich oder ausschließlich in Umfangsrichtung. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Zwischenelement dabei über die Wälzkörper unzureichend definiert abgestützt, beispielsweise ausschließlich radial definiert abgestützt, wobei das zumindest eine Energiespeicherelement die Bewegung infolge der Krafteinleitungsrichtung definiert, beispielsweise ausschließlich in Umfangsrichtung. Alternativ ist eine zusätzliche Führung für das Zwischenelement vorgesehen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Hybridanordnung, zumindest umfassend
    • • eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor sowie
    • • eine Primärseite (über die z. B. ein Antriebsdrehmoment in die Hybridanordnung einleitbar ist) mit einer Eingangswelle und
    • • eine Sekundärseite (über die z. B. ein Antriebsdrehmoment ausgehend von der Hybridanordnung an z. B. ein Getriebe oder ähnliches weiterleitbar ist) mit mindestens einer Ausgangswelle sowie
    • • mindestens eine Kupplung, zur schaltbaren Verbindung der Primärseite oder des Rotors mit der Sekundärseite, sowie
    • • mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer,
    mit einer gemeinsamen Rotationsachse. Über den mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer ist zumindest ein Drehmoment von dem Rotor hin zur Sekundärseite oder von der Primärseite hin zur Sekundärseite übertragbar. Der Torsionsschwingungsdämpfer weist zumindest die folgenden Komponenten auf:
    • • eine Eingangsseite zum Aufnehmen eines Drehmoments;
    • • eine Ausgangsseite zum Abgeben eines Drehmoments;
    • • zumindest zwei Zwischenelemente in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite;
    • • je Zwischenelement einen ersten Wälzkörper und einen zweiten Wälzkörper,
    wobei die Zwischenelemente jeweils eine erste Übersetzungsbahn zum Abwälzen des ersten Wälzkörpers und eine zweite Übersetzungsbahn zum Abwälzen des zweiten Wälzkörpers aufweisen, wobei die Eingangsseite eine zu der ersten Übersetzungsbahn komplementäre erste Gegenbahn und die Ausgangsseite eine zu der zweiten Übersetzungsbahn komplementäre zweite Gegenbahn aufweist, wobei der erste Wälzkörper zwischen der ersten Übersetzungsbahn und der ersten Gegenbahn abwälzbar geführt ist und der zweite Wälzkörper zwischen der zweiten Übersetzungsbahn und der zweiten Gegenbahn abwälzbar geführt ist;
    • • eine zu der Anzahl der Zwischenelemente korrespondierende Anzahl von Energiespeicherelementen, mittels welcher das dem Energiespeicherelement zugeordnete Zwischenelement schwingbar abgestützt ist,
    wobei jedes der Zwischenelemente mittels der zugeordneten Energiespeicherelemente an dem jeweils zumindest einen benachbarten Zwischenelement abgestützt ist.
  • Der in der Hybridanordnung eingesetzte Torsionsschwingungsdämpfer ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass je Zwischenelement als abwälzbare Körper ausschließlich der erste Wälzkörper und der zweite Wälzkörper vorgesehen sind.
  • Es wird auf die vorhergehende Erläuterung des zugrundeliegenden Prinzips sowie auf die Definitionen und die Zusammenhänge der Hybridanordnung mit den angeführten Komponenten, z. B. der Primärseite, der Sekundärseite, der elektrischen Maschine, der Kupplung, dem Torsionsschwingungsdämpfer mit der Eingangsseite, der Ausgangsseite, eines jeweiligen Zwischenelements und zugeordneten Energiespeicherelements, sowie der Wälzkörper mit den zugeordneten Übersetzungsbahnen und Gegenbahnen verwiesen. Im Unterschied zu der vorigen Beschreibung sind hier unbedingt zumindest zwei Zwischenelemente und zumindest ein, bevorzugt zwei, Energiespeicherelemente für den Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen, wobei die Zwischenelemente aneinander mittels des zumindest einen Energiespeicherelements kraftübertragend abgestützt sind.
  • Das zumindest eine Energiespeicherelement ist gemäß diesem Vorschlag (abweichend von Ausführungsformen des vorstehend genannten Vorschlags) über die Wälzkörper unbedingt unzureichend definiert, beispielsweise ausschließlich radial definiert, abgestützt, indem ausschließlich zwei Wälzkörper bei jedem Zwischenelement vorgesehen sind, also ein einziger (beispielsweise erster) Wälzkörper zu der Eingangsseite und ein einziger (beispielsweise zweiter) Wälzkörper zu der Ausgangsseite. Das zumindest eine Energiespeicherelement, welches auf ein Zwischenelement einwirkt und an dem zumindest einen (unmittelbar) benachbarten Zwischenelement abgestützt ist, definiert die Bewegung infolge der Krafteinleitungsrichtung, beispielsweise ausschließlich in Umfangsrichtung. Für eine sichere Ausgestaltung ist beispielsweise zusätzlich eine Zwangsführung vorgesehen, mittels welcher die Bewegung des jeweiligen Zwischenelements (geometrisch) überdefiniert ist.
  • Es wird weiterhin ein Torsionsschwingungsdämpfer mit den Merkmalen der vorstehenden Ausführungsformen vorgeschlagen.
  • Bei dieser Ausführungsform ist also ein jeweiliges Zwischenelement der Mehrzahl von Zwischenelementen mittels ausschließlich zwei Wälzkörpern abgestützt, also insofern unterbestimmt abgestützt oder nur gerade bestimmt abgestützt, sofern die Kraft zur Lagesicherung der Übersetzungsbahn zu der komplementären Gegenbahn und dem dazwischen abwälzenden Wälzkörper sowie der absichtlich geschaffene Freiheitsgrad auf der Übersetzungsbahn, beispielsweise ausgeführt als indifferente Gleichgewichtslage, unberücksichtigt bleibt. Diese Kraft ist beispielsweise im Betrieb von der Trägheitsreaktion auf die Zentripetalkraft (Zentrifugalkraft) unterstützt. Der absichtlich geschaffene Freiheitsgrad der Übersetzungsbahn, beispielsweise als indifferentes Gleichgewicht, ist von den beiden Energiespeicherelementen definiert aufgenommen. Beispielsweise führt ein Abwälzen eines Wälzkörpers auf der Übersetzungsbahn (und komplementären Gegenbahn) zu einer Bewegung mit radialem und/oder tangentialem Vektoranteil. Daraus folgend wird ein Weg zurückgelegt, welcher als Potential in zumindest einem der zugeordneten Energiespeicherelemente eingespeichert wird. Weiterhin ist bevorzugt von den Energiespeicherelementen zudem die notwendige Kraft, beispielsweise ausschließlich radial wirkende Kraft, aufgebracht, um die Gegenbahn und die Übersetzungsbahn derart gegeneinander zu halten, dass der zugeordnete Wälzkörper ausschließlich abwälzend dazwischen bewegbar ist. Damit ist von einer Bewegung eines Wälzkörpers stets eine relative Bewegung zwischen der Gegenbahn und der komplementären Übersetzungsbahn und damit zwischen dem Zwischenelement und der Eingangsseite und der Ausgangsseite induziert. Eine Abstützung in radialer Richtung und/oder eine Zwangsführung für das Zwischenelement, beispielsweise mittels einer größeren Anzahl von Wälzkörpern, ist nicht notwendig.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass genau drei Zwischenelemente und genau drei Energiespeicherelemente vorgesehen sind, wobei das erste Zwischenelement und das zweite Zwischenelement mittels des ersten Energiespeicherelements, das zweite Zwischenelement und das dritte Zwischenelement mittels des zweiten Energiespeicherelements, sowie das erste Zwischenelement und das dritte Zwischenelement mittels des dritten Energiespeicherelements aneinander abgestützt sind.
  • Bei dieser Ausführungsform ist zum einen die Anzahl der Zwischenelemente, Übersetzungsbahnen, Gegenbahnen, Wälzkörper und Energiespeicherelemente noch gering, zum anderen aber ist der Aufwand hinsichtlich der Fertigungstoleranzen an den Übersetzungsbahnen und Gegenbahnen im Vergleich zu einer Zwangsführung mit mehr als zwei Wälzkörpern je Zwischenelement verringert. In dieser Ausführungsform ist in einem auslegungsgemäßen Rahmen, beispielsweise vorgegeben von den geometrischen Gegebenheiten, eine fertigungsbedingte Abweichung von der idealen Ausrichtung des Zwischenelements in der Ruhelage in einem größeren Ausmaß tolerierbar und/oder von den Energiespeicherelementen bei einem Justiervorgang kompensierbar.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement einzig mittels des zumindest einen zugeordneten Energiespeicherelements und mittels der Wälzkörper gelagert ist.
  • Bei dieser Ausführungsform ist das Zwischenelement ohne zusätzliche (Zwangs-) Führungselemente einzig mittels der Übersetzungsbahnen, der komplementären Gegenbahnen und der jeweiligen Wälzkörper im Zusammenspiel mit den zugeordneten Energiespeicherelementen in ein stabiles Gleichgewicht gebracht. Mit einem stabilen Gleichgewicht ist hier gemeint, dass es zumindest von einem auslegungsgemäßen Drehmomentausschlag und Drehmomentschwingungen nicht aus einer Soll-Lage herausführbar ist. Zumindest für mobile Anwendungen ist das Gleichgewicht derart stabil, dass auch durch (auslegungsgemäße) Querkräfte, beispielsweise Erschütterungen, diese Anordnung nicht aus einer Soll-Lage herausführbar ist, beispielsweise der Wälzkörper nicht von einer seiner Bahnen abhebbar ist. Der Vektoranteil der Kraft der Energiespeicherelemente in radialer Richtung beziehungsweise senkrecht zu (dem anliegenden Abschnitt) der Übersetzungsbahn und Gegenbahn ist stets größer als eine abhebende (Außen-) Kraft.
  • Dies ist gewährleistet, wenn die Kraftrichtungen der eingeleiteten Kräfte, also die Ausrichtung des Kraftvektors entlang oder parallel zu einer Wirklinie, der Energiespeicherelemente sich unabhängig von der Auslenkung des Zwischenelements in dem Momentenbilanzpunkt des Zwischenelements mit denjenigen Wirklinien der resultierenden (Gegen-) Kräfte über den Wälzkörpern schneidet, welche durch das Wälzzentrum (Wälzachse) des Wälzkörpers verläuft und senkrecht zu der Übersetzungsbahn und zu der komplementären Gegenlaufbahn ausgerichtet ist. Somit liegt an dem Zwischenelement um den Momentenbilanzpunkt des Zwischenelements ein Momentengleichgewicht vor. Daraus folgt intrinsisch, dass der Kraftanteil der über die Wälzkörper geleiteten Kraftvektoren der Kräfte beziehungsweise den auf das Zwischenelement wirkenden Kraftanteile der Energiespeicherelemente entspricht. Das heißt, wird die Kraft der Energiespeicherelemente erhöht, erhöht sich bei dieser Konstruktionsregel auch die resultierende Kraft über die Wälzkörper. Die Kraftvektoren bei zwei antagonistischen Energiespeicherelementen bildet somit ein (geschlossenes) Krafteck, also nach Vektoradditionsregeln die Kraftsumme null.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die beiden Wälzkörper radial (also in der Radialrichtung) zueinander beabstandet angeordnet sind.
  • Vorteil dieser Ausführungsform ist ein geringer erforderlicher radialer Bauraum, sodass beispielsweise die Zwischenelemente auf einem großen Umfangskreis anordenbar sind und damit beispielsweise ein großer Verdrehwinkel, und damit eine geringe funktionswirksame Steifigkeit bei gleichzeitig hoher Steifigkeit des zumindest einen Energiespeicherelements einstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein Drehmoment über gleiche Übersetzungsbahnen und damit betragsgleich übertragbar.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die beiden Wälzkörper in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind.
  • Vorteil dieser Ausführungsform ist ein geringer erforderlicher Bauraum in Umfangsrichtung, sodass beispielsweise die Zwischenelemente in Umfangsrichtung schmal ausführbar sind und damit mehr Bauraum für die Energiespeicherelemente und damit beispielsweise ein großer Verdrehwinkel, und damit eine geringe funktionswirksame Steifigkeit bei gleichzeitig hoher Steifigkeit des zumindest einen Energiespeicherelements einstellbar ist.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die beiden Wälzkörper radial (in der Radialrichtung) und in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet sind.
  • Bei dieser Ausführungsform sind die Vorteile der vorstehend genannten Ausführungsform miteinander kombinierbar beziehungsweise mit jeweils geringen Abweichungen an ein Ideal annäherbar.
  • Insbesondere ist das zumindest eine Zwischenelement nur (ausschließlich) parallel zu einer Ebene bewegbar, die senkrecht zur Rotationsachse verläuft.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die Übersetzungsbahnen und die jeweils komplementären Gegenbahnen jeweils eine Zugmomentpaarung mit einer ersten Übersetzungskurve und eine Schubmomentpaarung mit einer zweiten Übersetzungskurve umfassen, wobei die Zugmomentpaarung zur Drehmomentübertragung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite eingerichtet ist, und wobei die Schubmomentpaarung zur Drehmomentübertragung von der Ausgangsseite auf die Eingangsseite eingerichtet ist, und wobei die erste Übersetzungskurve und die zweite Übersetzungskurve zumindest bereichsweise voneinander unterschiedliche Übersetzungsverläufe aufweisen.
  • Grundsätzlich unterscheiden sich ein Zugmoment und ein Schubmoment in einem theoretischen Anwendungsfall nicht. Die Begriffe sind daher neutral zu sehen und dienen einzig einer einfachen Unterscheidbarkeit der bezeichneten Drehmomentübertragungsrichtung. Diese Begriffe sind den üblichen Bezeichnungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs entnommen, aber für andere Anwendungen entsprechend übertragbar. Die Zugmomentpaarung liegt bei einer Zugmomentübertragung, beispielsweise von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite an, wobei mit zunehmendem Drehmoment der Wälzkörper auf der Zugmomentpaarung entgegen der Kraft des antagonistischen Energiespeicherelements (hoch) wälzt. Damit wird das Potential dieses antagonistischen Energiespeicherelements erhöht, beispielsweise gespannt und damit die Steifigkeit verändert. Torsionsschwingungen wirken daher mit zunehmendem Drehmoment einer größeren Kraft des antagonistischen Energiespeicherelements entgegen und die Eigenfrequenz ist damit verändert. Für die Schubmomentpaarung gilt dies entsprechend, wobei der Wälzkörper infolge der Belastung des Energiespeicherelements zum (hoch) Wälzen auf der Schubmomentpaarung gezwungen wird.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die erste Übersetzungskurve und die zweite Übersetzungskurve, welche jeweils von einem gemeinsamen Punkt der Ruhelage beginnen, mit unterschiedlichen Übersetzungsverläufen versehen. Die Steifigkeitseigenschaften des Torsionsschwingungsdämpfers sind daher individuell für ein Zugmoment und ein Schubmoment (unterschiedlich) einrichtbar.
  • In einer Ausführungsform ist beispielsweise für das Übertragen eines Zugmoments eine geringe Steifigkeit erforderlich, was entsprechend über einen größeren Verdrehwinkel (ein geringeres Untersetzungsverhältnis, also kleinerer Nenner des Übersetzungsverhältnisses) erreichbar ist als dies für ein Schubmoment (ein größeres Untersetzungsverhältnis) erwünscht ist. Weiterhin ist beispielsweise ein progressiver oder degressiver Steifigkeitsverlauf erwünscht oder sogar ein mehrfach veränderlicher Steifigkeitsverlauf erwünscht. Beispielsweise ist für den leerlaufnahen Bereich ein geringer Steifigkeitsanstieg, für ein Hauptlastdrehmoment ein steiler Steifigkeitsanstieg, welcher sich wieder zunehmend degressiv verringert, und bis zu einem Maximalübertrag eines übertragbaren Drehmoments wieder ein progressiver Anstieg der Steifigkeit eingerichtet.
  • Die Übersetzungsbahn und die komplementäre Gegenbahn sind dabei entsprechend der jeweiligen Auslenkungslage des Zwischenelements auszulegen, sodass die Übersetzungskurve mit der Bewegung des Zwischenelements überlagert auszuführen ist. Die Übersetzungsbahn und die komplementäre Gegenbahn sind bevorzugt für ein Momentengleichgewicht gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgeführt, bevorzugt sodass keine zusätzliche Führungseinrichtung für das Zwischenelement notwendig ist.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement mittels zwei antagonistischen Energiespeicherelementen vorgespannt ist.
  • In dieser Ausführungsform ist eine Vorspannung der Energiespeicherelemente über das Zwischenelement beziehungsweise die Zwischenelemente gegen die Wälzkörper gut beherrschbar zuverlässig einstellbar. Beispielsweise ist bei baugleichen Energiespeicherelementen die Abhängigkeit von Bauteiltoleranzen, beispielsweise der Federkennlinie eines Energiespeicherelements, gering, indem sich die Toleranzen gegenseitig verringern, beispielsweise eine nach unten abweichende Steifigkeit von der Soll-Steifigkeit des ersten Energiespeicherelements wird von der nach oben abweichenden Steifigkeit des zweiten Energiespeicherelements ausgeglichen oder gemindert. Bei gleicher Abweichungsrichtung ist die Vorspannung zwar insgesamt reduziert oder erhöht im Vergleich zu der Soll-Vorspannung aber dennoch infolge der antagonistischen Wirkung, beispielsweise beidseitig des Zwischenelements, ausgeglichen. In einer Ausführungsform ist lediglich die Ruhelage des Zwischenelements verändert. Bevorzugt ist die Toleranz derart gering, dass die Ruhelage innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs bleibt. Bei einer Ausführungsform mit drei Zwischenelementen sind die (drei) Energiespeicherelemente miteinander derart in Verbindung, dass auch das erste (beziehungsweise zweite) Energiespeicherelement des ersten Zwischenelements mit dem zweiten (beziehungsweise ersten) Energiespeicherelement des zweiten Zwischenelements (mittels der Kraftseite) in antagonistischer Wirkverbindung steht und ein ausgleichender Effekt auf die Bauteiltoleranz der Energiespeicherelemente erzielt ist. Insgesamt sinkt damit die Fertigungsgenauigkeit, der Montageaufwand beziehungsweise der Justieraufwand und/oder der Kostenaufwand für Standardbauteile aufgrund einer geringeren Bauteilgüte.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das erste Energiespeicherelement eine erste Kraft und eine erste Kraftrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement ausübt und das zweite Energiespeicherelement eine zweite Kraft und eine zweite Kraftrichtung auf das zugeordnete Zwischenelement ausübt, und wobei sich die erste Kraft und die zweite Kraft voneinander unterscheiden und/oder sich die erste Kraftrichtung und die zweite Kraftrichtung in einer Ruhelage voneinander unterscheiden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Energiespeicherelemente nicht um eine radiale Achse verkippen beziehungsweise eine solche Verkippung nicht zuträglich für eine Beeinflussung der Eigenfrequenz ist. Die hier beschriebene Kraftrichtung ist also als Vektor definiert, welcher in der Rotationsebene liegt, zu welcher die Rotationsachse normal ausgerichtet ist. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Kraftrichtung der beiden antagonistischen Energiespeicher stets nicht gleich ist, sofern sie in einem globalen, also gemeinsamen, Koordinatensystem betrachtet werden. Hier ist also die Kraftrichtung im Vergleich zu der Spiegelung der jeweils anderen Kraftrichtung, nämlich die Spiegelung an einer Ruheachse beziehungsweise Mittellinie (in der Ruhelage) des Zwischenelements und unter Umständen der Kraftseite, gemeint, welche dann von der jeweils anderen Kraftrichtung abweicht. Die Mittellinie des Zwischenelements ist hierbei nicht auf die geometrische oder massebedingte Mitte bezogen, sondern auf die wirkenden Kräfte.
  • Die Kraft bezeichnet hier einzig den Betrag eines Kraftvektors, wobei sich der Kraftvektor also in die Kraft (Betrag) und die Kraftrichtung (Wirkrichtung) zerlegen lässt.
  • Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass sich die Kräfte und Kraftrichtungen der beiden antagonistischen Energiespeicherelemente bei einer symmetrischen Auslegung in einem ausgelenkten Zustand des Zwischenelements voneinander unterscheiden und bei einer nicht-symmetrischen Auslegung, wie hier vorgeschlagen, in einem ausgelenkten Zustand gleich sein können.
  • Insbesondere sind die Kräfte und Kraftrichtungen in einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse verläuft, angeordnet.
  • Bei dieser Ausführungsform ist für eine Zugmomentübertragung und eine dem entgegengerichtete Schubmomentübertragung jeweils eine unterschiedliche Momenten-Kennlinie eingerichtet, sodass die Beeinflussung der Eigenfrequenz mittels des Torsionsschwingungsdämpfers momentrichtungsabhängig unterschiedlich ist. Bevorzugt ist das Zwischenelement hierbei, wie zuvor beschrieben, mittels einer entsprechenden Übersetzungsbahn ins Gleichgewicht gebracht.
  • In einer Ausführungsform sind die beiden eingesetzten antagonistischen Energiespeicherelemente (im nicht eingebauten, also entspannten Zustand) gleich. Hierbei ist die unterschiedliche Kraft beispielsweise mittels der voneinander abweichenden Form der Zugmomentpaarung und der Schubmomentpaarung der Übersetzungsbahn eingerichtet (vergleiche vorstehende Beschreibung dazu). In einer anderen Variante ist die unterschiedliche Kraft mittels eines unterschiedlich langen Einbau-Abstands zwischen der Kraftseite und dem Zwischenelement eingerichtet.
  • Die unterschiedliche Kraftrichtung ist beispielsweise durch eine unterschiedliche Neigung der Anlageflächen an dem Zwischenelement und/oder an der Kraftseite für die beiden antagonistischen Energiespeicherelemente erreicht. In einer Ausführungsform ist die Kraftrichtung über eine Auslenkung des Zwischenelements variabel, indem zumindest eines der beiden antagonistischen Energiespeicherelemente dabei um eine Achse parallel zu der Rotationsachse verkippt. Infolge einer unterschiedlichen Kraftrichtung ist bei ansonsten identischen Energiespeicherelementen der Einfederweg, also die Energieaufnahme bei einer (gleichen) Auslenkung des Zwischenelements unterschiedlich. Damit ist in dieser Einbausituation die Steifigkeit identischer antagonistischer Energiespeicherelemente unterschiedlich. Es ist hinsichtlich der Kosten und des Montageaufwands beziehungsweise der Montagesicherheit vorteilhaft, gleiche Energiespeicherelemente einzusetzen. In vorstehendem Zusammenhang sind identische Energiespeicherelemente jedoch einzig zur Verdeutlichung des Zusammenhangs genannt und die Anwendung unterschiedlicher Kraftrichtungen ist nicht auf einen solchen Fall beschränkt.
  • Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Hybridanordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Energiespeicherelement eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse ist.
  • Eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse, auch als (rein) zylindrische Schraubendruckfeder bezeichnet, ist ein vielfältig eingesetztes Standardbauteil, dessen elastische und (geringen) dissipative Eigenschaften gut ausgeleuchtet und einfach beherrschbar sind. Toleranzen in der Baulänge beziehungsweise der Federkennlinie auf eine vorbestimmte Einbaulänge sind mit einfachen Mitteln ausgleichbar. Zudem benötigen solche Schraubendruckfedern keine zusätzliche Führung, welche ansonsten Reibung verursachen und damit einen verringerten Wirkungsgrad und/oder eine aufgrund von Hysterese-Effekten schwieriger zu ermittelnde Dämpfungseigenschaft aufweisen können. Zudem ermöglicht eine Schraubendruckfeder eine große Varianz in der Federkennlinie, welche unter anderem durch Windungssteigung, Drahtdicke, Verhältnis der Einbaulänge zur entspannten Länge und die Materialwahl einstellbar ist.
  • Zudem sind Schraubendruckfedern mit gerader Federachse im Vergleich zu anderen Bauarten von Federn, beispielsweise Stahlfedern, bruchsicher und können in einigen Ausführungsformen auf Block belastet werden, sodass für den Fall einer gemäß der Auslegung auftretenden Überlast an dem Torsionsschwingungsdämpfer bei einer solchen auf Block bringbaren Ausführungsform des Energiespeicherelements kein zusätzliches Sicherungselement gegen Brechen des Energiespeicherelements vorgesehen werden muss. Zudem hat eine Schraubendruckfeder den Vorteil eines sehr langen möglichen Federwegs bei einer gleichzeitig hohen Federsteifigkeit, sodass einerseits ein großes Drehmoment über das zumindest eine Energiespeicherelement leitbar ist und andererseits mithilfe der Übersetzungsbahn eine geeignete Bewegungsuntersetzung einrichtbar ist, sodass gegenüber der Amplitude der Torsionsschwingung eine verringerte Amplitude der Bewegung des Zwischenelements erreicht ist und somit die Torsionsschwingungen in einem sehr geringen Federweg der Schraubendruckfeder resultiert. Im Resultat wirkt die Schraubendruckfeder gegenüber der Torsionsschwingung trotz hoher Steifigkeit mit einer (geeignet) geringen Kraft entgegen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Hybridanordnung verbindet der mindestens eine Torsionsschwingungsdämpfer den Rotor und die mindestens eine Ausgangswelle.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Hybridanordnung verbindet der mindestens eine Torsionsschwingungsdämpfer eine (über die Primärseite an die Hybridanordnung angebundene) Antriebseinheit (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine) mit der Eingangswelle und über die Eingangswelle mit dem Rotor.
  • Die Hybridanordnung kann insbesondere weitere Komponenten, wie z. B. Fliehkraftpendel bzw. Tilger, weitere Dämpfer (z. B. anders ausgeführte Schwingungsdämpfer) usw. umfassen bzw. aufweisen.
  • Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
    • 1: eine erste Ausführungsvariante einer Hybridanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt, zusammen mit einer symbolischen Darstellung;
    • 2: eine zweite Ausführungsvariante einer Hybridanordnung in einer Seitenansicht im Schnitt;
    • 3: eine Prinzip-Skizze eines Torsionsschwingungsdämpfer in einer ersten Ausführungsform ;
    • 4: eine Prinzip-Skizze eines Torsionsschwingungsdämpfer in einer zweiten Ausführungsform;
    • 5: ein Schaubild der anliegenden Kräfte an einem Zwischenelement;
    • 6: ein Krafteck der anliegenden Kräfte gemäß 5;
    • 7: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem ersten Übersetzungsverlauf;
    • 8: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem zweiten Übersetzungsverlauf;
    • 9: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem dritten Übersetzungsverlauf; und
    • 10: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem vierten und fünften Übersetzungsverlauf;
    • 11: eine symbolische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante;
    • 12: eine symbolische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante;
    • 13: eine symbolische Darstellung einer fünften Ausführungsvariante;
    • 14: eine symbolische Darstellung einer sechsten Ausführungsvariante;
    • 15: eine symbolische Darstellung einer siebten Ausführungsvariante;
    • 16: eine symbolische Darstellung einer achten Ausführungsvariante;
    • 17: eine symbolische Darstellung einer neunten Ausführungsvariante;
    • 18: eine symbolische Darstellung einer zehnten Ausführungsvariante;
    • 19: eine symbolische Darstellung einer elften Ausführungsvariante;
    • 20: eine symbolische Darstellung einer zwölften Ausführungsvariante;
    • 21: eine symbolische Darstellung einer dreizehnten Ausführungsvariante;
    • 22: eine symbolische Darstellung einer vierzehnten Ausführungsvariante;
    • 23: eine symbolische Darstellung einer fünfzehnten Ausführungsvariante;
  • 1 zeigt ein eine erste Ausführungsvariante einer Hybridanordnung 47 in einer Seitenansicht im Schnitt, zusammen mit einer symbolischen Darstellung. Die Hybridanordnung 47 umfasst eine elektrische Maschine 48 mit einem Stator 49 und einem Rotor 50 sowie eine Primärseite 55 mit einer Eingangswelle 51 und eine Sekundärseite 56 mit einer Ausgangswelle 52 sowie eine (Lamellen-)Kupplung 53, zur schaltbaren Verbindung der Primärseite 55 mit der Sekundärseite 56, sowie einen Torsionsschwingungsdämpfer 1, mit einer gemeinsamen Rotationsachse 2, wobei über den Torsionsschwingungsdämpfer 1 ein Drehmoment von dem Rotor 50 oder von der Primärseite 55 hin zur Sekundärseite 56 übertragbar ist.
  • Die (Lamellen-)Kupplung 53 ist hier zwischen der Eingangswelle 51 und dem Rotor 50 angeordnet, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer 1 zwischen dem Rotor 50 und einer Ausgangswelle 52 angeordnet ist. Die symbolische Darstellung verdeutlicht die Anordnung der Komponenten.
  • 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Hybridanordnung 1 in einer Seitenansicht im Schnitt. Auf die Ausführungen zu 1 wird verwiesen.
  • Hier ist an der Primärseite 55 eine (erste) Kupplung 53 (mit Anpressplatte, Gegenplatte und Kupplungsscheibe) vorgesehen, über die eine über die Primärseite 55 angebundene Antriebseinheit 54 schaltbar mit der Eingangswelle 51 verbindbar ist. Die Kupplungsscheibe weist einen Torsionsschwingungsdämpfer 1 auf, so dass dieser die Kupplung 53 mit der Eingangswelle 51 verbindet. Die Eingangswelle 51 ist mit dem Rotor 50 verbunden. Der Rotor 50 ist über eine (zweite) Kupplung 53 mit einer (ersten) Ausgangwelle 52 und über eine (dritte) Kupplung 53 mit einer (zweiten) Ausgangswelle 52 schaltbar verbindbar. Die Ausgangswellen 52 bilden die Sekundärseite 56 der Hybridanordnung 47.
  • 3 und 4 zeigen jeweils in einer Prinzip-Skizze beispielhaft unterschiedliche Ausführungsformen eines Torsionsschwingungsdämpfers 1, welche der Übersichtlichkeit halber weitestgehend gleich dargestellt sind und insofern auf die Beschreibungen zu den jeweiligen Figuren von gleichen Komponenten querverwiesen wird. Hierbei bildet eine Ringscheibe eine Eingangsseite 4. Im Zentrum bei der gemeinsamen Rotationsachse 2 ist ein weiteres Scheibenelement beispielsweise als Ausgangsseite 5 ausgebildet. Alternativ ist die Ringscheibe die Ausgangsseite 5 und das Scheibenelement die Eingangsseite 4. Im Folgenden wird die zuvor genannte Variante beschrieben, wobei die Begriffe austauschbar sind.
  • Wie mit den Pfeilen angedeutet sind ein Zugmoment 45 von der Eingangsseite 4 auf die Ausgangsseite 5 übertragbar und ein Schubmoment 46 von der Ausgangsseite 5 auf die Eingangsseite 4 übertragbar. In einer Ausführungsform ist die Momentenrichtung umgekehrt eingerichtet.
  • Zwischengeschaltet zwischen der Eingangsseite 4 und der Ausgangsseite 5 sind drei Zwischenelemente 6, 7, 8 vorgesehen, wobei das jeweilige Zwischenelement 6, 7, 8 von paarig angeordneten Energiespeicherelementen 15, 16, 17 kraftübertragend mit dem jeweils benachbarten Zwischenelement 6, 7, 8 verbunden ist. Mittels eines ersten Wälzkörpers 9 ist das jeweilige Zwischenelement 6, 7, 8 an der Eingangsseite 4 abgestützt und mittels eines zweiten Wälzkörpers 10 ist das jeweilige Zwischenelement 6, 7, 8 an der Ausgangsseite 5 abgestützt. Der erste Wälzkörper 9 ist abwälzbar auf einer zwischenelementseitigen ersten Übersetzungsbahn 11 und einer ersten komplementären Gegenbahn 13 an der Eingangsseite 4 kraftübertragend und damit drehmomentübertragend abgestützt. Der zweite Wälzkörper 10 ist abwälzbar auf einer zwischenelementseitigen zweiten Übersetzungsbahn 12 und einer zweiten komplementären Gegenbahn 14 an der Ausgangsseite 5 kraftübertragend und damit drehmomentübertragend abgestützt. Die Wälzkörper 9, 10 sind dabei mittels der Energiespeicherelemente 15, 16, 17 gegen die Übersetzungsbahn 11, 12 und gegen die Gegenbahn 13, 14 vorgespannt und dadurch daran abwälzbar geführt. Die Energiespeicherelemente 15, 16, 17 halten das Zwischenelement 6, 7, 8 einander antagonistisch wirkend in einer Ruhelage in der gezeigten Position. An dem dritten Zwischenelement 8 bei dem ersten Wälzkörper 9 und dem zweiten Wälzkörper 10 (nach der Bezeichnung beim ersten Zwischenelement 6) ist (der Übersichtlichkeit halber pars-prototo) gezeigt, dass seitlich der Ruhelage eine Zugmomentpaarung 21 aus dem jeweils komplementären Rampenanteil der Übersetzungsbahn 11, 12 und der Gegenbahn 13, 14 sowie eine Schubmomentpaarung 23 auf der jeweils anderen Seite aus den komplementären Rampenanteilen der Übersetzungsbahn 11, 12 und der Gegenbahn 13, 14 gebildet sind. Wiederum einzig der Übersichtlichkeit halber ist pars-prototo die Zugmomentpaarung 21 einzig an dem ersten Wälzkörper 9 gezeigt und entsprechend die Schubmomentpaarung 23 einzig an dem zweiten Wälzkörper 10 gezeigt. Diese Paarungen sind aber an jedem der Wälzkörper 9, 10 jeweils von der zwischenelementseitigen Übersetzungsbahn 11, 12 und der komplementären Gegenbahn 13, 14 gebildet. Deren Wirkweise wird nachfolgend detailliert erläutert. In den gezeigten Ausführungsformen sind die Zwischenelemente 6, 7, 8 einzig über die jeweiligen Wälzkörper 9, 10 an der Eingangsseite 4 und an der Ausgangsseite 5 abgestützt und untereinander sind die Zwischenelemente 6, 7, 8 mittels der Energiespeicherelemente 15, 16, 17 abgestützt. Eine zusätzliche Führung ist bevorzugt nicht vorgesehen.
  • In 3 sind der erste Wälzkörper 9 und der zweite Wälzkörper 10 eines jeweiligen Zwischenelements 6, 7, 8 radial (also in Radialrichtung 20) beabstandet zueinander angeordnet und befinden sich in der Ruhelage auf einem gemeinsamen Radius. Sie weisen also in der Ruhelage keinen Abstand in Umfangsrichtung 19 auf. In 4 ist eine alternative Ausführungsform hinsichtlich der Anordnung der beiden Wälzkörper 9, 10 eines jeweiligen Zwischenelements 6, 7, 8 zueinander gezeigt, wobei die beiden Wälzkörper 9, 10 keinen radialen Abstand aufweisen, aber in Umfangsrichtung 19 zueinander beabstandet sind. In den gezeigten Ausführungsformen sind der besseren Vergleichbarkeit halber die Energiespeicherelemente 15, 16, 17 gleichartig ausgeführt und gleich angeordnet.
  • In 5 ist ein Schaubild des Momentengleichgewichts und in 6 ein Krafteck über dem ersten Zwischenelement 6, zweiten Zwischenelement 7 oder dritten Zwischenelement 8 mit einem ersten Wälzkörper 9 und dem zweiten Wälzkörper 10 gemäß der Ausführungsform in 3 dargestellt. Hierbei ist das Zwischenelement 6, 7, 8 aus seiner Ruhelage herausgeführt und in einem Auslenkwinkel zu der Ruhelage geneigt zu der Ruhelinie 35 ausgelenkt. Die Ruhelinie 35 verläuft stets durch den Momentenbilanzpunkt 3 des Zwischenelements 6, 7, 8, aber einzig in der Ruhelage durch die Wälzachsen beider Wälzkörper 9, 10, aber stets durch eine der beiden Wälzachsen (hier des zweiten Wälzkörpers 10). Zu diesem Momentenbilanzpunkt 3 des Zwischenelements 6, 7, 8 muss ein Momentengleichgewicht herrschen, sofern gefordert ist, dass keine zusätzliche (Zwangs-) Führung für das Zwischenelement 6, 7, 8 vorgesehen ist. Die resultierenden Kraftrichtungen 30, 32 über die Wälzkörper 9, 10, also die erste Drucklinie 37 des ersten Wälzkörpers 9 und die zweite Drucklinie 38 des zweiten Wälzkörpers 10, muss zu dem anliegenden (theoretisch infinitesimalen) Abschnitt der Übersetzungsbahn 11, 12 stets senkrecht ausgerichtet sein und durch den Momentenbilanzpunkt 3 verlaufen. Damit diese Regel stets eingehalten bleibt, muss sich eine Parallele der ersten Wirklinie 33 der ersten Kraft 25 ausgehend von dem ersten Energiespeicherelement 15 mit einer zweiten gleich weit oder kraftproportional beabstandeten Parallele der zweiten Wirklinie 34 der zweiten Kraft 26 ausgehend von dem anderen (beispielsweise dritten) Energiespeicherelement 16 mit den beiden Drucklinien 37, 38 in dem Momentenbilanzpunkt 3 schneiden, sodass kein (wirksamer) Hebelarm entsteht. Für eine geeignete Anpressung der Wälzkörper 9, 10 sind die erste Kraft 25 und die zweite Kraft 26 (hier nur an der zweiten Kraft 26 dargestellt) in einen tangentialen Vektoranteil 18 (funktionswirksamer Anteil) und in einen radialen Vektoranteil 44 (Anpressanteil für die Wälzkörper 9, 10) unterteilt. Die Ausrichtung des tangentialen Vektoranteils 18 ergibt sich aus der Tangente beim Kraftangriffspunkt zu dem Zwischenelement 6, 7, 8 an der Umfangsrichtung 19 auf einem Radius des Kreises (des Kraftangriffspunktes) 36, auf welchem dieser Kraftangriffspunkt liegt. Weiterhin ist gefordert, dass die erste Kraft 25, die zweite Kraft 26 und die resultierenden Kräfte 29, 31 ein sich selbst aufhebendes Krafteck bilden, wie es in 5 dargestellt ist. Hierfür muss die erste Kraftrichtung 27, die zweite Kraftrichtung 28 und die resultierenden Kraftrichtungen 30, 32 der beiden Wälzkörper 9, 10 darstellungsgemäß vorliegen. Aus der gezeigten Lage folgt, dass sowohl das erste Energiespeicherelement 15 (vergleiche 3) als auch das zweite Energiespeicherelement 16 (vergleiche 3) stärker gespannt wird, wodurch eine erhöhte Vorspannkraft auf das Zwischenelement 6, 7, 8 wirkt. Das stärkere Spannen folgt in dieser Ausführungsform aus einer Bewegung des Zwischenelements 6, 7, 8 nach radial innen, sodass die Energiespeicherelemente 15, 16, 17 mit nach radial innen bewegt und zwischen den angrenzenden Zwischenelementen 6, 7, 8 nach Art einer Schraubzwinge gestaucht werden. Die Zwischenelemente 6, 7, 8 werden also derart bewegt, dass der entstehende Abstand entlang der Federachsen 41, 42, 43 der Energiespeicherelemente 15, 16, 17 zwischen den Zwischenelementen 6, 7, 8 gegenüber der Ruhelage verkürzt wird, sofern eine erhöhte Steifigkeit bei einem höheren Drehmoment erwünscht ist (vergleiche 7 bis 10). Für die korrekte Ausrichtung der Drucklinien 37, 38 also der Wirklinien der resultierenden Kräfte 29, 31 an den Wälzkörpern 9, 10 ist es notwendig, dass die Drucklinien 37, 38, welche jeweils die Wälzachse des zugeordneten Wälzkörpers 9, 10 und den Momentenbilanzpunkt 3 schneidet, stets senkrecht auf der Übersetzungsbahn 11, 12 steht, hier der ersten Übersetzungskurve 22, welche dem Zugmoment 45 zugeordnet ist. Der jeweilige Betrag der resultierenden Kraft 29, 31 und die resultierende Kraftrichtung 30, 32 ergeben sich dann intrinsisch aus der anliegenden ersten Kraft 25 und zweiten Kraft 26.
  • In den 7 bis 10 sind Moment-Verdrehwinkel-Diagramme gezeigt, bei welchen die Momentenachse 39 die Ordinate bildet und die Verdrehwinkelachse 40 die Abszisse. Rechts der Ordinate ist in diesem Beispiel ein Zugmomentverlauf mit positiv abgetragenem Moment und Verdrehwinkel gezeigt und links der Ordinate ein Schubmomentverlauf mit negativ abgetragenem Moment und Verdrehwinkel.
  • In 7 ist eine erste Übersetzungskurve 22, dann zugehörig zu der Zugmomentpaarung 21, und eine zweite Übersetzungskurve 24, dann zugehörig zu der Schubmomentpaarung 23, in einer zweiteilig-progressiven Form gezeigt, sodass bei niedrigen Drehmomentbeträgen ein flacher Kurvenanstieg und bei hohen Drehmomentbeträgen ein steiler Kurvenanstieg vorliegt.
  • In 8 ist entsprechend eine zweiteilig-degressive Variante gezeigt, bei welcher bei niedrigen Drehmomentbeträgen ein steiler Kurvenanstieg vorliegt und bei hohen Drehmomentbeträgen ein abgeflachter Kurvenanstieg vorliegt.
  • In 9 ist eine Variante gezeigt, bei welcher sich ein progressiver und degressiver Verlauf abwechseln und in 10 ist im Vergleich ein steifes System mit einem steilen Kurvenverlauf, dargestellt mit durchgezogener Linie, im Vergleich zu einem System mit einem flachen Kurvenverlauf, dargestellt mit gestrichelter Linie, gezeigt.
  • Für die Ausführungsform in 3 und 4 ohne zusätzliche Führung des Zwischenelements 6, 7, 8 ist eine solche Übersetzungskurve 22, 24 nach Maßgabe des Momentengleichgewichts und Kräftegleichgewichts wie in 5 und 6 erläutert einzuhalten. Die dargestellte Übersetzungskurve 22, 24 ist daher in Überlagerung mit der Anforderung an die Übersetzungsbahn 11, 12 gemäß der Beschreibung zu 3 (und 4) auszuführen. Weiterhin ist in einer Ausführungsform die Kraft 25 beziehungsweise die Steifigkeit des ersten Energiespeicherelements 15 gegenüber dem zweiten Energiespeicherelement 16 in der Ruhelage unterschiedlich und nicht wie in 3 und 4 angedeutet symmetrisch ausgeführt. Dies ist weiterhin für die Überlagerung zum Erreichen der gewünschten Übersetzungskurve 22, 24 zu beachten.
  • Mit dem hier vorgeschlagenen Torsionsschwingungsdämpfer ist mit wenigen Bauteilen eine kostengünstige und effiziente Beeinflussung der Eigenfrequenz erreichbar.
  • 11 zeigt eine symbolische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante der Hybridanordnung 47 (vgl. symbolische Darstellung in 1). 12 zeigt eine symbolische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante. 13 zeigt eine symbolische Darstellung einer fünften Ausführungsvariante. 14 zeigt eine symbolische Darstellung einer sechsten Ausführungsvariante. 15 zeigt eine symbolische Darstellung einer siebten Ausführungsvariante. Die 11 bis 15 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 1 und 2 wird verwiesen.
  • In 12 ist zusätzlich zu den in symbolischen Darstellung nach 11 gezeigten Komponenten Stator 49, Rotor 50, Eingangswelle 51, Ausgangswelle 52, Torsionsschwingungsdämpfer 1, Kupplung 52 noch ein Fliehkraftpendel 57 (bzw. ein Tilger) vorgesehen, der zwischen Rotor 50 und Torsionsschwingungsdämpfer 1 angeordnet ist. In 15 sind zwei Fliehkraftpendel 57 vorgesehen, die an der Ausgangsseite 5 des Torsionsschwingungsdämpfers angeordnet sind. 13 und 14 zeigen weitere Ausführungsvarianten.
  • 16 zeigt eine symbolische Darstellung einer achten Ausführungsvariante. 17 zeigt eine symbolische Darstellung einer neunten Ausführungsvariante. 18 zeigt eine symbolische Darstellung einer zehnten Ausführungsvariante. 19 zeigt eine symbolische Darstellung einer elften Ausführungsvariante. Die 16 bis 19 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 11 bis 15 wird verwiesen.
  • Hier ist zusätzlich ein weiterer (anders ausgeführter) Dämpfer 58 an der Primärseite 55 der Hybridanordnung 47 angeordnet.
  • 20 zeigt eine symbolische Darstellung einer zwölften Ausführungsvariante. 21 zeigt eine symbolische Darstellung einer dreizehnten Ausführungsvariante. 22 zeigt eine symbolische Darstellung einer vierzehnten Ausführungsvariante. 23 zeigt eine symbolische Darstellung einer fünfzehnten Ausführungsvariante. Die 20 bis 23 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 11 bis 15 sowie 16 bis 19 wird verwiesen.
  • Im Unterschied zu den Ausführungsvarianten gemäß 16 bis 19 ist hier der weitere (anders ausgeführte) Dämpfer 58 an der Sekundärseite 56 der Hybridanordnung 47 angeordnet.
  • Insbesondere können weitere Fliehkraftpendel an den dargestellten Positionen angeordnet werden. Insbesondere können diese Fliehkraftpendel Mehrfachpendel umfassen, die dann unterschiedliche Abstimmordnungen aufweisen.
  • Die dargestellten weiteren Dämpfer können z. B. als Druck oder Bogenfederdämpfer ausgeführt sein, sowie als Parallel- oder Seriendämpfer.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Torsionsschwingungsdämpfer
    2
    Rotationsachse
    3
    Momentenbilanzpunkt
    4
    Eingangsseite
    5
    Ausgangsseite
    6
    erstes Zwischenelement
    7
    zweites Zwischenelement
    8
    drittes Zwischenelement
    9
    erster Wälzkörper
    10
    zweiter Wälzkörper
    11
    erste Übersetzungsbahn
    12
    zweite Übersetzungsbahn
    13
    erste Gegenbahn
    14
    zweite Gegenbahn
    15
    erstes Energiespeicherelement
    16
    zweites Energiespeicherelement
    17
    drittes Energiespeicherelement
    18
    tangentialer Vektoranteil
    19
    Umfangsrichtung
    20
    Radialrichtung
    21
    Zugmomentpaarung
    22
    erste Übersetzungskurve
    23
    Schubmomentpaarung
    24
    zweite Übersetzungskurve
    25
    erste Kraft
    26
    zweite Kraft
    27
    erste Kraftrichtung
    28
    zweite Kraftrichtung
    29
    erste resultierende Kraft
    30
    erste resultierende Kraftrichtung
    31
    zweite resultierende Kraft
    32
    zweite resultierende Kraftrichtung
    33
    erste Wirklinie
    34
    zweite Wirklinie
    35
    Ruhelinie
    36
    Kreis des Kraftangriffspunkts
    37
    erste Drucklinie
    38
    zweite Drucklinie
    39
    Momentenachse
    40
    Verdrehwinkelachse
    41
    erste Federachse
    42
    zweite Federachse
    43
    dritte Federachse
    44
    radialer Vektoranteil
    45
    Zugmoment
    46
    Schubmoment
    47
    Hybridanordnung
    48
    elektrische Maschine
    49
    Stator
    50
    Rotor
    51
    Eingangswelle
    52
    Ausgangswelle
    53
    Kupplung
    54
    Antriebseinheit
    55
    Primärseite
    56
    Sekundärseite
    57
    Fliehkraftpendel
    58
    Dämpfer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2508771 A1 [0007, 0009]
    • FR 3057321 A1 [0008]
    • FR 3057323 A1 [0009]
    • WO 2018/215018 A1 [0010]

Claims (10)

  1. Hybridanordnung (47), zumindest umfassend eine elektrische Maschine (48) mit einem Stator (49) und einem Rotor (50) sowie eine Primärseite (55) mit einer Eingangswelle (51) und eine Sekundärseite (56) mit mindestens einer Ausgangswelle (52) sowie mindestens eine Kupplung (53), zur schaltbaren Verbindung zumindest der Primärseite (55) oder des Rotors (50) mit der Sekundärseite (56), sowie mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer (1), mit einer gemeinsamen Rotationsachse (2), wobei über den mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer (1) zumindest ein Drehmoment von dem Rotor (50) oder von der Primärseite (55) hin zur Sekundärseite (56) übertragbar ist, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer (1) zumindest die folgenden Komponenten aufweist: - eine Eingangsseite (4) zum Aufnehmen eines Drehmoments; - eine Ausgangsseite (5) zum Abgeben eines Drehmoments; - zumindest ein Zwischenelement (6,7,8) in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite (4) und der Ausgangsseite (5); - je Zwischenelement (6,7,8) einen ersten Wälzkörper (9) und einen zweiten Wälzkörper (10), wobei das zumindest eine Zwischenelement (6,7,8) eine erste Übersetzungsbahn (11) zum Abwälzen des ersten Wälzkörpers (9) und eine zweite Übersetzungsbahn (12) zum Abwälzen des zweiten Wälzkörpers (10) aufweist, wobei die Eingangsseite (4) eine zu der ersten Übersetzungsbahn (11) komplementäre erste Gegenbahn (13) und die Ausgangsseite (5) eine zu der zweiten Übersetzungsbahn (12) komplementäre zweite Gegenbahn (14) aufweist, wobei der erste Wälzkörper (9) zwischen der ersten Übersetzungsbahn (11) und der ersten Gegenbahn (13) abwälzbar geführt ist und der zweite Wälzkörper (10) zwischen der zweiten Übersetzungsbahn (12) und der zweiten Gegenbahn (14) abwälzbar geführt ist; - zumindest ein Energiespeicherelement (15,16,17), mittels welchem das dem Energiespeicherelement (15,16,17) zugeordnete Zwischenelement (6,7,8) schwingbar abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement (15,16,17) mit einem Vektoranteil (18) in Umfangsrichtung (19) auf das zugeordnete Zwischenelement (6,7,8) wirkend angeordnet ist
  2. Hybridanordnung (47), zumindest umfassend eine elektrische Maschine (48) mit einem Stator (49) und einem Rotor (50) sowie eine Primärseite (55) mit einer Eingangswelle (51) und eine Sekundärseite (56) mit mindestens einer Ausgangswelle (52) sowie mindestens eine Kupplung (53), zur schaltbaren Verbindung zumindest der Primärseite (55) oder des Rotors (50) mit der Sekundärseite (56), sowie mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer (1), mit einer gemeinsamen Rotationsachse (2), wobei über den mindestens einen Torsionsschwingungsdämpfer (1) zumindest ein Drehmoment von dem Rotor (50) oder von der Primärseite (55) hin zur Sekundärseite (56) übertragbar ist, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer (1) zumindest die folgenden Komponenten aufweist: - eine Eingangsseite (4) zum Aufnehmen eines Drehmoments; - eine Ausgangsseite (5) zum Abgeben eines Drehmoments; - zumindest zwei Zwischenelemente (6,7,8) in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite (4) und der Ausgangsseite (5); - je Zwischenelement (6,7,8) einen ersten Wälzkörper (9) und einen zweiten Wälzkörper (10), wobei die Zwischenelemente (6,7,8) jeweils eine erste Übersetzungsbahn (11) zum Abwälzen des ersten Wälzkörpers (9) und eine zweite Übersetzungsbahn (12) zum Abwälzen des zweiten Wälzkörpers (10) aufweist, wobei die Eingangsseite (4) eine zu der ersten Übersetzungsbahn (11) komplementäre erste Gegenbahn (13) und die Ausgangsseite (5) eine zu der zweiten Übersetzungsbahn (12) komplementäre zweite Gegenbahn (14) aufweist, wobei der erste Wälzkörper (9) zwischen der ersten Übersetzungsbahn (11) und der ersten Gegenbahn (13) abwälzbar geführt ist und der zweite Wälzkörper (10) zwischen der zweiten Übersetzungsbahn (12) und der zweiten Gegenbahn (14) abwälzbar geführt ist; - eine zu der Anzahl der Zwischenelemente korrespondierende Anzahl von Energiespeicherelementen (15,16,17), mittels welcher das dem Energiespeicherelement (15,16,17) zugeordnete Zwischenelement (6,7,8) schwingbar abgestützt ist, wobei jedes der Zwischenelemente (6,7,8) mittels der zugeordneten Energiespeicherelemente (15,16,17) an dem jeweils zumindest einen benachbarten Zwischenelement (7,8,6) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass je Zwischenelement (6,7,8) als abwälzbare Körper ausschließlich der erste Wälzkörper (9) und der zweite Wälzkörper (10) vorgesehen sind.
  3. Hybridanordnung (47) nach Anspruch 1 und 2, wobei bevorzugt genau drei Zwischenelemente (6,7,8) und genau drei Energiespeicherelemente (15,16,17) vorgesehen sind, wobei das erste Zwischenelement (6) und das zweite Zwischenelement (7) mittels des ersten Energiespeicherelements (15), das zweite Zwischenelement (7) und das dritte Zwischenelement (8) mittels des zweiten Energiespeicherelements (16), sowie das erste Zwischenelement (6) und das dritte Zwischenelement (8) mittels des dritten Energiespeicherelements (17) aneinander abgestützt sind.
  4. Hybridanordnung (47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Zwischenelement (6,7,8) einzig mittels des zumindest einen zugeordneten Energiespeicherelements (15,16,17) und mittels der Wälzkörper (9,10) gelagert ist.
  5. Hybridanordnung (47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Wälzkörper (9,10) radial zueinander beabstandet angeordnet sind und/oder in Umfangsrichtung (19) zueinander beabstandet angeordnet sind.
  6. Hybridanordnung (47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übersetzungsbahnen (11,12) und die jeweils komplementären Gegenbahnen (13,14) jeweils eine Zugmomentpaarung (21) mit einer ersten Übersetzungskurve (22) und eine Schubmomentpaarung (23) mit einer zweiten Übersetzungskurve (24) umfassen, wobei die Zugmomentpaarung (21) zur Drehmomentübertragung von der Eingangsseite (4) auf die Ausgangsseite (5) eingerichtet ist, und wobei die Schubmomentpaarung (23) zur Drehmomentübertragung von der Ausgangsseite (4) auf die Eingangsseite (5) eingerichtet ist, und wobei die erste Übersetzungskurve (22) und die zweite Übersetzungskurve (24) zumindest bereichsweise voneinander unterschiedliche Übersetzungsverläufe aufweisen.
  7. Hybridanordnung (47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Zwischenelement (6,7,8) mittels zwei antagonistischen Energiespeicherelementen (15,16,17) vorgespannt ist, wobei bevorzugt das erste Energiespeicherelement (15) eine erste Kraft (25) und eine erste Kraftrichtung (27) auf das zugeordnete Zwischenelement (6,7) ausübt und das zweite Energiespeicherelement (16) eine zweite Kraft (26) und eine zweite Kraftrichtung (28) auf das zugeordnete Zwischenelement (6,8) ausübt, und wobei sich die erste Kraft (25) und die zweite Kraft (26) in einer Ruhelage voneinander unterscheiden und/oder sich die erste Kraftrichtung (27) und die zweite Kraftrichtung (28) in einer Ruhelage voneinander unterscheiden.
  8. Hybridanordnung (47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Energiespeicherelement (15,16,17) eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse (41,42,43) ist.
  9. Hybridanordnung (47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Torsionsschwingungsdämpfer (1) den Rotor (50) und die mindestens eine Ausgangswelle (52) verbindet.
  10. Hybridanordnung (47) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Torsionsschwingungsdämpfer (1) eine Antriebseinheit (54) mit der Eingangswelle (51) und über die Eingangswelle (51) mit dem Rotor (50) verbindet.
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US20220163090A1 (en) * 2019-02-27 2022-05-26 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Torsional vibration damper with a rotational axis for a powertrain
WO2024036968A1 (zh) * 2022-08-15 2024-02-22 沈阳工业大学 抑制桥梁多模态耦合振动的主被动混合控制系统

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