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Die Erfindung betrifft eine Drehschwingungstilgungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Hybridanordnung mit einer Drehschwingungstilgungsvorrichtung.
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Eine Drehschwingungstilgungsvorrichtung ist beispielsweise aus
DE 10 2014 224 430 A1 bekannt. Darin wird eine Schwingungstilgungseinrichtung beschrieben, umfassend einen Tilgermassenträger und wenigstens eine gegenüber diesem begrenzt verlagerbare Tilgermasse. Der Tilgermassenträger ist über eine Anbindung mit einem weiteren Bauteil verbunden, wobei die Anbindung mit der Tilgermasse wenigstens teilweise radial überlappend angeordnet ist. Die Schwingungstilgungseinrichtung kann als Festfrequenztilger ausgebildet sein, bei dem die Tilgermasse über wenigstens ein elastisches Element gegenüber dem Tilgermassenträger begrenzt verlagerbar ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Drehschwingungen stärker zu verringern und die Drehschwingungstilgungsvorrichtung kostengünstiger und platzsparender aufzubauen. Die Drehschwingungen sollen bei unterschiedlichen Betriebszuständen möglichst stark verringert werden.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Drehschwingungstilgungsvorrichtung zur Verringerung von Drehschwingungen eines Antriebselements gelöst, mit einem Drehschwingungstilger, der wenigstens einen Tilgermassenträger, eine daran aufgenommene und gegenüber diesem entgegen einer Rückstellkraft einer Federvorrichtung begrenzt bewegbare Tilgermasse und wenigstens eine Tilgerfrequenz aufweist, die abhängig von einer Federsteifigkeit der Federvorrichtung ist, wobei die Federvorrichtung eine nichtlineare Federkennlinie mit wenigstens einem ersten und zweiten Federsteifigkeitsbereich aufweist und der erste Federsteifigkeitsbereich eine erste Tilgerfrequenz des Drehschwingungstilgers und der zweite Federsteifigkeitsbereich eine davon verschiedene zweite Tilgerfrequenz des Drehschwingungstilgers vorgibt.
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Dadurch können die Drehschwingungen ausgehend von dem Antriebselement stärker verringert werden. Die Drehschwingungstilgungsvorrichtung kann kostengünstiger und platzsparender aufgebaut werden. Es können zwei unterschiedliche Tilgerfrequenzen mit einem einzelnen Drehschwingungstilger eingestellt werden. Die Drehschwingungen bei zwei Betriebszuständen des Antriebselements können mit dem Drehschwingungstilger gezielt verringert werden.
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Die Auslenkung der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger kann eine Verdrehung um eine Drehachse sein. Der Tilgermassenträger kann um diese Drehachse oder eine parallel dazu verlaufende Drehachse drehbar sein.
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Die Drehschwingungstilgungsvorrichtung kann in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet sein. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug sein.
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Der Drehschwingungstilger ist bevorzugt als Festfrequenztilger, insbesondere mit von der Drehzahl des Tilgermassenträgers unabhängiger Tilgerfrequenz, ausgeführt. Der Drehschwingungstilger kann ein Feder-Masse-Tilger sein.
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Die Tilgerfrequenz entspricht einer jeweiligen Tilgereigenfrequenz des Drehschwingungstilgers. Der Drehschwingungstilger ist bevorzugt außerhalb einer Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebselement und einem mit diesem drehmomentübertragend verbundenen Abtriebselement angeordnet. Das Abtriebselement kann ein Getriebe sein.
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Die Tilgermasse kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Die Tilgermasse kann ringscheibenförmig ausgeführt sein.
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Die Federvorrichtung kann ein einzelnes oder mehrere Federelemente aufweisen. Die Federelemente können umfangsseitig verteilt angeordnet sein. Die Federelemente können geschachtelt angeordnet sein. Ein Federelement kann ein weiteres Federelement zumindest abschnittsweise aufnehmen.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der erste Federsteifigkeitsbereich in Bezug auf die Auslenkungen der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger unterhalb des zweiten Federsteifigkeitsbereichs liegt. Die Federsteifigkeit der Federvorrichtung in dem ersten Federsteifigkeitsbereich kann größer als in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich sein. Der erste Federsteifigkeitsbereich kann kleinere Auslenkungen abdecken und der zweite Federsteifigkeitsbereich kann darüber liegende Auslenkungen abdecken.
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Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federvorrichtung zweistufig ausgeführt ist, mit einer den ersten Federsteifigkeitsbereich festlegenden ersten Federstufe und einer den zweiten Federsteifigkeitsbereich beeinflussenden zweiten Federstufe. Die Federsteifigkeit in dem ersten Federsteifigkeitsbereich kann unabhängig von der zweiten Federstufe sein. Die Federsteifigkeit in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich kann abhängig von der ersten und zweite Federstufe sein. Die Federsteifigkeit in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich kann sich aus der Federsteifigkeit der ersten und der zweiten Federstufe zusammensetzen.
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Die zweite Federstufe kann parallel wirksam zu der ersten Federstufe angeordnet sein. Die zweite Federstufe kann erst oberhalb einer Auslenkungsschwelle der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger wirksam sein. Unterhalb dieser Auslenkungsschwelle kann ausschließlich die erste Federstufe wirksam sein.
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Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Tilgerfrequenz größer als die zweite Tilgerfrequenz ist. Die Federsteifigkeit der Federvorrichtung in dem ersten Federsteifigkeitsbereich kann größer sein als in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich.
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Die erste Tilgerfrequenz kann auf die erste Betriebsdrehzahl in einem ersten Betriebszustand des Antriebselements ausgelegt sein. Die zweite Tilgerfrequenz kann auf eine niedrigste Drehzahl des Antriebselements in einem zweiten Betriebszustand als zweite Betriebsdrehzahl ausgelegt sein. Der zweite Betriebszustand kann ein Fahrzustand des Fahrzeugs mit Antrieb über das Antriebselement sein.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der die Federkennline degressiv verlaufend ist. Auch kann die Federkennlinie progressiv verlaufen. Abhängig von der Eigenschaft der Federkennlinie kann die erste und zweite Tilgerfrequenz und die Lage und Ausdehnung des ersten und zweiten Federsteifigkeitsbereichs eingestellt werden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der die Federkennlinie zweistufig ist, mit einem ersten linearen Abschnitt in dem ersten Federsteifigkeitsbereich und einem zweiten linearen Abschnitt in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich. Abhängig von der Auslenkung der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger kann entweder der erste Federsteifigkeitsbereich oder der zweite Federsteifigkeitsbereich wirksam sein. Auch kann die Federkennlinie in dem jeweiligen Federsteifigkeitsbereich linear und/oder nichtlinear sein.
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Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Steigung der Federkennlinie in dem ersten Federsteifigkeitsbereich größer als in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich ist. Dadurch kann die erste Tilgerfrequenz größer als die zweite Tilgerfrequenz sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Federvorrichtung wenigstens ein Federelement aufweist, über das die Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger begrenzt bewegbar ist. Das Federelement kann eine Schraubenfeder, insbesondere eine Druckfeder oder Bogenfeder, sein.
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In dem ersten Federsteifigkeitsbereich kann ein erstes Federelement und in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich, insbesondere zusätzlich, ein zweites Federelement wirksam sein. Das erste Federelement kann der ersten Federstufe und das zweite Federelement kann der zweiten Federstufe zugeordnet sein.
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Weiterhin wird wenigstens eine der zuvor angegebenen Aufgaben durch eine Hybridanordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem ersten Antriebselement und einem zweiten Antriebselement, jeweils zur Bereitstellung von Antriebsenergie für das Fahrzeug gelöst, wobei eine Drehschwingungstilgungsvorrichtung mit wenigstens einem der zuvor angegebenen Merkmale angeordnet ist, mit einem Drehschwingungstilger, dessen erste Tilgerfrequenz auf eine erste Betriebsdrehzahl des ersten und/oder zweiten Antriebselements in einem ersten Betriebszustand und dessen zweite Tilgerfrequenz auf eine zweite Betriebsdrehzahl des ersten und/oder zweiten Antriebselements in einem zweiten Betriebszustand abgestimmt ist. Dadurch können die Drehschwingungen von dem Antriebselement, insbesondere des ersten Antriebselements, bei dem ersten und zweiten Betriebszustand des Antriebsstrangs verringert werden.
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Das erste Antriebselement kann als Verbrennungsmotor und das zweite Antriebselement kann als Elektromotor ausgeführt sein. Das zweite Antriebselement kann in dem zweiten Betriebszustand als Generator, der durch das erste Antriebselement antreibbar ist, wirken.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Antriebselement als Verbrennungsmotor und das zweite Antriebselement als Elektromotor ausgeführt ist, die erste Betriebsdrehzahl eine des ersten Antriebselements zum Antrieb des zweiten Antriebselements zur Energieerzeugung über dieses und die zweite Betriebsdrehzahl eine des ersten Antriebselements zum mechanischen Antrieb des Fahrzeugs ist. Die erste Betriebsdrehzahl kann zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers über das zweite Antriebselement eingestellt sein. Die erste Betriebsdrehzahl ist bevorzugt größer als die zweite Betriebsdrehzahl, die einer niedrigsten Drehzahl des ersten Antriebselements in dem zweiten Betriebszustand entsprechen kann. Die erste Betriebsdrehzahl ist beispielsweise bei stehendem Fahrzeug eingestellt.
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Der Drehschwingungstilger ermöglicht durch die erste und zweite Tilgerfrequenz eine Verringerung der Drehschwingungen beim Antrieb des Fahrzeugs als auch beim Aufladen des elektrischen Energiespeichers.
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Die Auslenkung der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger kann bei dem ersten Betriebszustand des ersten Antriebselements geringer oder größer sein als bei dem zweiten Betriebszustand des ersten Antriebselements.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehschwingungstilger ausgangsseitig an einem wirksam zwischen dem ersten und zweiten Antriebselement angeordneten Drehschwingungsdämpfer angeordnet ist. Dadurch können die Drehschwingungen noch stärker verringert werden. Die Auslenkungen der Tilgermasse können über den vorgeschalteten Drehschwingungsdämpfer verringert werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Eine schematische Abbildung einer Hybridanordnung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 2: Einen Verlauf einer Federkennlinie eines Drehschwingungstilgers in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 3: Eine schematische Abbildung eines Drehschwingungstilgers in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Abbildung einer Hybridanordnung 10 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Hybridanordnung 10 ist in einem Antriebsstrang 12 eines Fahrzeugs angeordnet. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug mit einem ersten Antriebselement 14 und einem zweiten Antriebselement 16, jeweils zur Bereitstellung von Antriebsenergie für das Fahrzeug, bevorzugt zu dessen Fortbewegung. Das erste Antriebselement 14 ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor und das zweite Antriebselement 16 ein Elektromotor 18, mit einem Stator 20 und einem Rotor 22.
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Der Antrieb des Fahrzeugs kann wahlweise über die Antriebsenergie des ersten Antriebselements und/oder des zweiten Antriebselements 14, 16 erfolgen. Zwischen dem ersten und zweiten Antriebselement 14, 16 ist ein Drehschwingungsdämpfer 24 angeordnet, der Drehschwingungen des ersten Antriebselements 14 verringert. Der Drehschwingungsdämpfer 24 weist beispielsweise Bogenfedern 26 auf und ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Antriebselement 14 und einem Abtriebselement 28, beispielsweise einem Getriebe. Zwischen dem Drehschwingungsdämpfer 24 und dem Abtriebselement 28 ist eine Kupplung 30 zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Antriebselement 14 und dem Abtriebselement 28 angeordnet.
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Eine Drehschwingungstilgungsvorrichtung 32 mit einem Drehschwingungstilger 34 ist ausgangsseitig an dem Drehschwingungsdämpfer 24 angeordnet. Der Drehschwingungstilger 34 ist außerhalb einer Drehmomentübertragung zwischen dem ersten Antriebselement 14 und dem Abtriebselement 28 angeordnet. Der Drehschwingungstilger 34 umfasst eine Tilgermasse 36, die an einem Tilgermassenträger 38 begrenzt bewegbar aufgenommen ist. Der Tilgermassenträger 38 ist bevorzugt mit einem Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers 24 drehfest verbunden.
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Die Tilgermasse 36 ist über die Wirkung einer Federvorrichtung 40 gegenüber dem Tilgermassenträger 38 begrenzt bewegbar. Die Federvorrichtung 40 bewirkt eine Rückstellkraft auf die Tilgermasse 36, bevorzugt wenn diese ausgehend von einer Neutrallage gegenüber dem Tilgermassenträger 38 ausgelenkt ist. Die Federvorrichtung 40 umfasst wenigstens ein Federelement, beispielsweise eine Schraubenfeder und weist eine nichtlineare Federkennlinie mit wenigstens einem ersten und zweiten Federsteifigkeitsbereich auf.
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2 zeigt einen Verlauf einer Federkennlinie eines Drehschwingungstilgers 34 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Federkennline gibt den Zusammenhang zwischen dem Rückstellmoment M der Federvorrichtung und der Auslenkung φ der Tilgermasse über die Federvorrichtung wieder. Der erste Federsteifigkeitsbereich F1 in Bezug auf Auslenkungen φ der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger liegt unterhalb des zweiten Federsteifigkeitsbereichs F2. Die Auslenkung φ der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger kann beispielsweise eine Verdrehung der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger um eine Drehachse sein.
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Der erste Federsteifigkeitsbereich F1 gibt eine erste Tilgerfrequenz des Drehschwingungstilgers und der zweite Federsteifigkeitsbereich F2 eine davon verschiedene zweite Tilgerfrequenz des Drehschwingungstilgers vor. Dadurch können die Drehschwingungen des ersten Antriebselements bei verschiedenen Betriebszuständen des Antriebsstrangs verringert werden. Der Drehschwingungstilger kann kostengünstig und platzsparend aufgebaut werden.
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Beispielsweise kann der Drehschwingungstilger mit der ersten Tilgerfrequenz auf eine erste Betriebsdrehzahl des ersten Antriebselements in einem ersten Betriebszustand und mit der zweiten Tilgerfrequenz auf eine zweite Betriebsdrehzahl des ersten Antriebselement in einem zweiten Betriebszustand eingestellt werden. In dem ersten Betriebszustand kann beispielsweise ein Antrieb des zweiten Antriebselements über das erste Antriebselement zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers über das zweite Antriebselement als Generator erfolgen. In dem zweiten Betriebszustand kann das erste Antriebselement das Fahrzeug durch eine Drehmomentübertragung zu dem Abtriebselement mechanisch antreiben.
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In dem ersten Betriebszustand kann das erste Antriebselement eine geringere Drehschwingungsamplitude als in dem zweiten Betriebszustand aufweisen. Dem ersten Betriebszustand ist der erste Federsteifigkeitsbereich F1 und dem zweiten Betriebszustand der zweite Federsteifigkeitsbereich F2, der größere Auslenkungsamplituden der Tilgermasse gegenüber dem Tilgermassenträger abdeckt, zugeordnet. Die Federvorrichtung weist in dem ersten Federsteifigkeitsbereich F1 eine erste Federsteifigkeit c1 auf, die größer ist als eine zweite Federsteifigkeit c2 in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich F2. Durch die größere erste Federsteifigkeit c1 ist die erste Tilgerfrequenz größer als die zweite Tilgerfrequenz, die über die zweite Federsteifigkeit c2 eingestellt ist.
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In dem ersten Betriebszustand ist die erste Betriebsdrehzahl größer als die kleinste Betriebsdrehzahl in dem zweiten Betriebszustand, welche einer zweiten Betriebsdrehzahl entsprechen kann. In dem zweiten Betriebszustand können die Auslenkungsamplituden größer als in dem ersten Betriebszustand sein und wenn dabei auch die unteren Drehschwingungsfrequenzen getilgt werden sollen, bewirkt die geringere zweite Federsteifigkeit c2 in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich F2 eine niedrigere zweite Tilgerfrequenz im Vergleich zu der ersten Tilgerfrequenz.
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Dadurch können die Drehschwingungsfrequenzen durch den Drehschwingungstilger in beiden Betriebszuständen optimal verringert werden, einerseits in dem ersten Betriebszustand mit kleineren Auslenkungsamplituden und einer größeren ersten Betriebsdrehzahl und andererseits in dem zweiten Betriebszustand mit größeren Auslenkungsamplituden und einer kleineren zweiten Betriebsdrehzahl. Diese Verringerung der Drehschwingungen wird durch einen einzigen Drehschwingungstilger mit einer bevorzugt einteilig ausgeführten Tilgermasse ermöglicht.
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3 zeigt eine schematische Abbildung eines Drehschwingungstilgers 34 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Federvorrichtung 40 umfasst wenigstens ein erstes Federelement 40.1 und ein parallel dazu angeordnetes zweites Federelement 40.2. Das zweite Federelement 40.2 ist derart angeordnet, dass dieses erst ab einer bestimmten Auslenkungsschwelle der Auslenkung φ der Tilgermasse 36 gegenüber dem Tilgermassenträger 38 wirksam ist. Unterhalb dieser Auslenkungsschwelle ist ausschließlich das erste Federelement 40.1 wirksam.
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Die zweite Federsteifigkeit in dem zweiten Federsteifigkeitsbereich ist bevorzugt eine kumulative Federsteifigkeit, die sich aus der Federsteifigkeit des ersten Federelements 40.1 und der Federsteifigkeit des zweiten Federelements 40.2 zusammensetzt. Dadurch kann abhängig von der Auslenkungsamplitude eine unterschiedliche Federsteifigkeit und damit eine unterschiedliche Tilgerfrequenz eingestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hybridanordnung
- 12
- Antriebsstrang
- 14
- erstes Antriebselement
- 16
- zweites Antriebselement
- 18
- Elektromotor
- 20
- Stator
- 22
- Rotor
- 24
- Drehschwingungsdämpfer
- 26
- Bogenfeder
- 28
- Abtriebselement
- 30
- Kupplung
- 32
- Drehschwingungstilgungsvorrichtung
- 34
- Drehschwingungstilger
- 36
- Tilgermasse
- 38
- Tilgermassenträger
- 40
- Federvorrichtung
- 40.1
- erstes Federelement
- 40.2
- zweites Federelement
- φ
- Auslenkung
- M
- Rückstellmoment
- F1
- erster Federsteifigkeitsbereich
- F2
- zweiter Federsteifigkeitsbereich
- c1
- erste Federsteifigkeit
- c2
- zweite Federsteifigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014224430 A1 [0002]