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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer oder mehreren Pendeldämpfungsvorrichtungen sowie eine Antriebsbaugruppe für ein derartiges Fahrzeug.
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Dieses Untersetzungsgetriebe umfasst in bekannter Weise mindestens ein Paar aus einem Antriebsrad und einem angetriebenen Rad, um die Anpassung der Geschwindigkeit am Ausgang eines Elektromotors an die Geschwindigkeit der Fahrzeugräder, die mit dem Boden in Kontakt gelangen, zu ermöglichen. Ein Antriebsrad wirkt mit einem angetriebenen Rad so zusammen, dass das Drehmoment nicht konstant übertragen wird, sondern mit dem Durchlauftakt der Zähne der Räder schwankt. Aufgrund des Prinzips selbst des diskreten Kontakts zwischen den Zähnen erfolgt somit der Kontakt zwischen dem Antriebsrad und dem angetriebenen Rad ruckartig. Durch dieses Zusammenspiel zwischen dem Antriebsrad und dem angetriebenen Rad kann ein für den Fahrzeugnutzer unangenehmes Heulen entstehen.
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Es besteht ein Bedarf, das Geräusch zu reduzieren, das durch die Zusammenwirkung zwischen einem Antriebsrad und einem angetriebenen Rad eines Untersetzungsgetriebes für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug erzeugt wird.
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Die Erfindung zielt darauf ab, auf diesen Bedarf zu reagieren, und sie erreicht dies gemäß einem ihrer Aspekte mit einem Untersetzungsgetriebe für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, das Folgendes umfasst:
- - ein Antriebsrad, das eine erste Zahnanzahl aufweist und ein von einem Elektromotor erzeugtes Drehmoment aufnehmen kann,
- - ein angetriebenes Rad, das eine zweite Zahnanzahl aufweist und das von dem Antriebsrad aufgenommene Drehmoment auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs übertragen kann, die mit dem Boden in Kontakt gelangen,
wobei das Untersetzungsgetriebe ferner mindestens eine Pendeldämpfungsvorrichtung aufweist, die auf die Hälfte der ersten Zahnanzahl oder der zweiten Zahnanzahl abgestimmt ist.
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Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass eine Pendeldämpfungsvorrichtung, die auf einen gegebenen Ordnungswert abgestimmt ist, ab einer bestimmten Höhe des Schwingungsmoments auch einen Filtereffekt für Schwingungen mit dem doppelten dieses gegebenen Ordnungswerts erzeugt. Dieser Filtereffekt für Schwingungen mit dem doppelten dieses gegebenen Ordnungswertes kann bis zu einer bestimmten Höhe der Drehgeschwindigkeit sehr erheblich sein.
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Anstatt also die Pendeldämpfungsvorrichtung auf den Ordnungswert abstimmen zu müssen, der gefiltert werden soll, nämlich eine Zahnanzahl eines Untersetzungsgetrieberads, ist es mit der Erfindung möglich, die Pendeldämpfungsvorrichtung lediglich auf die Hälfte dieses Ordnungswerts abzustimmen. Wenn die Pendeldämpfungsvorrichtung darauf abzielt, einen Ordnungswert zu filtern, der einer Zahnanzahl eines Untersetzungsgetriebes entspricht, wird so vermieden, dass die Pendeldämpfungsvorrichtung auf diesen Ordnungswert selbst abgestimmt werden muss, was eine einfachere Realisierung dieser Pendeldämpfungsvorrichtung ermöglicht.
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Der Ordnungswert, auf den eine Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist, kann der Hälfte der betreffenden Zahnanzahl entsprechen oder von der Hälfte dieser Zahnanzahl verschieden sein, jedoch zwischen dem 0,9-fachen und dem 1,1-fachen der Hälfte dieser Zahnanzahl liegen.
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Der Ordnungswert, auf den die Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist, liegt z.B. zwischen dem 0,95-fachen und 1,05-fachen dieser Hälfte oder sogar zwischen dem 0,99-fachen und 1,01-fachen dieser Hälfte.
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Im Sinne dieser Anmeldung und für ein gegebenes Rad:
- - bezieht sich „axial“ auf die Drehachse dieses Rads und bedeutet „parallel zu dieser Achse“,
- - bedeutet „radial" „in einer Ebene senkrecht zu dieser Achse und längs einer Geraden, die diese Achse schneidet“,
- - bezeichnet „Radius“ den Bezugsradius des Rads, der zwischen der minimalen radialen Abmessung dieses Rads zwischen zwei Zähnen dieses Rads und der maximalen radialen Abmessung dieses Rads an der Spitze eines Zahns liegt,
- - bezeichnet „Ruhestellung“ die Stellung eines einer Fliehkraft ausgesetzten Pendelkörpers bei fehlender Verlagerung, um die durch die Eingriffskräfte erzeugte Unregelmäßigkeit des Drehmoments zu verringern,
- - entspricht der Ordnungswert, auf den eine Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist, der effektiven Abstimmungsordnung dieser Pendeldämpfungsvorrichtung. Diese effektive Abstimmungsordnung lässt sich aus der geometrischen Ordnung dieser Pendeldämpfungsvorrichtung ableiten, wie weiter unten erläutert wird.
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Die Pendeldämpfungsvorrichtung kann dem Antriebsrad oder dem angetriebenen Rad zugeordnet sein, wobei sie eine Halterung aufweist, die drehfest mit dem Rad verbunden ist, dem sie zugeordnet ist. In diesem Fall kann die Pendeldämpfungsvorrichtung auf die halbe Zahnanzahl desjenigen Rads von dem Antriebsrad und dem angetriebenen Rad abgestimmt sein, dem sie zugeordnet ist. Als Variante ist die Pendeldämpfungsvorrichtung stets dem Antriebsrad oder dem angetriebenen Rad zugeordnet, ist jedoch auf die halbe Zahnanzahl des jeweils anderen von diesem Antriebsrad und diesem angetriebenen Rad abgestimmt.
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Als Variante ist die Pendeldämpfungsvorrichtung einem Rad des Untersetzungsgetriebes zugeordnet, das außerhalb der Bahn des von dem Untersetzungsgetriebe übertragenen Drehmoments angeordnet ist, wobei die Halterung der Pendeldämpfungsvorrichtung fest mit dem Rad des Untersetzungsgetriebes verbunden ist. Dieses Rad ist z.B. ein Rad, das eine zusätzliche Trägheit bildet und für diese Funktion vorgesehen ist, oder ein Rad, das eine Ölpumpe für die Kühlung und Schmierung des Untersetzungsgetriebes in Drehung versetzt. In diesem Fall ist die Pendeldämpfungsvorrichtung nicht auf die halbe Zahnanzahl des Rads, dem sie zugeordnet ist, abgestimmt, sondern auf die halbe Zahnanzahl eines anderen Rads des Untersetzungsgetriebes, wobei dieses andere Rad in der Bahn des von dem Untersetzungsgetriebe übertragenen Drehmoments angeordnet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf ein Untersetzungsgetriebe mit einer einzigen Pendeldämpfungsvorrichtung beschränkt.
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So kann die oben genannte Pendeldämpfungsvorrichtung eine erste Pendeldämpfungsvorrichtung sein, die auf die Hälfte der ersten Zahnanzahl oder der zweiten Zahnanzahl abgestimmt ist, und das Untersetzungsgetriebe kann auch eine zweite Pendeldämpfungsvorrichtung aufweisen, die auf die Hälfte der jeweils anderen der ersten Zahnanzahl und der zweiten Zahnanzahl abgestimmt ist.
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Die erste Pendeldämpfungsvorrichtung kann dem Antriebsrad, dem angetriebenen Rad oder einem Rad, das außerhalb der Bahn des von dem Untersetzungsgetriebe übertragenen Drehmoments angeordnet ist, zugeordnet sein, wobei ihre Halterung fest mit dem Rad verbunden ist, und die zweite Pendeldämpfungsvorrichtung kann demselben Rad zugeordnet sein. Da diese beiden Pendeldämpfungsvorrichtungen demselben Rad des Untersetzungsgetriebes zugeordnet sind, weist jede dieser Pendeldämpfungsvorrichtungen eine Halterung auf, die drehfest mit dem Rad verbunden ist. Dieses Rad, dem diese beiden Pendeldämpfungsvorrichtungen zugeordnet sind, ist z.B. ein Rad mit großem Durchmesser, was das Anordnen der Pendeldämpfungsvorrichtungen vereinfacht. In diesem Fall ist eine dieser Pendeldämpfungsvorrichtungen z.B. auf die halbe Zahnanzahl eines der Räder des Untersetzungsgetriebes abgestimmt, z.B. auf das Rad, dem sie zugeordnet ist, und die andere dieser Pendeldämpfungsvorrichtungen ist auf die Hälfte einer anderen Zahnanzahl abgestimmt, wobei diese andere Zahnanzahl einem anderen Rad des Untersetzungsgetriebes entspricht.
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Als Variante zu dem Vorhergehenden kann die erste Pendeldämpfungsvorrichtung dem Antriebsrad, dem angetriebenen Rad oder einem Rad, das außerhalb der Bahn des von dem Untersetzungsgetriebe übertragenen Drehmoments angeordnet ist, zugeordnet sein, wobei die zweite Pendeldämpfungsvorrichtung einem anderen Rad von dem Antriebsrad, dem angetriebenen Rad und dem Rad, das außerhalb der Bahn des von dem Untersetzungsgetriebe übertragenen Drehmoments angeordnet ist, zugeordnet ist. Die Pendeldämpfungsvorrichtungen sind dann von einer Pendeldämpfungsvorrichtung zur anderen unterschiedlichen Rädern zugeordnet.
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Die erste Zahnanzahl und die zweite Zahnanzahl können größer als sechzehn oder achtzehn oder zwanzig sein. Alle Räder des Untersetzungsgetriebes haben z.B. eine Zahnanzahl, die größer oder gleich sechzehn oder achtzehn oder zwanzig ist.
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Das Verhältnis zwischen der ersten Zahnanzahl und der zweiten Zahnanzahl kann dem Verhältnis zwischen dem Ordnungswert, auf den die erste Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist, und dem Ordnungswert, auf den die zweite Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist, entsprechen. Als Variante ist das Verhältnis zwischen dem Ordnungswert, auf den die erste Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist, und dem Ordnungswert, auf den die zweite Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist, von dem Verhältnis zwischen der ersten Zahnanzahl und der zweiten Zahnanzahl verschieden und liegt zwischen dem 0,9-fachen und dem 1,1-fachen dieses Verhältnisses zwischen der ersten Zahnanzahl und der zweiten Zahnanzahl.
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Der Ordnungswert, auf den die erste Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist, kann gleich der Hälfte einer Zahnanzahl sein oder von der Hälfte dieser Zahnanzahl verschieden sein, jedoch zwischen dem 0,9-fachen und 1,1-fachen der Hälfte dieser Zahnanzahl liegen. Dies gilt auch für den Ordnungswert, auf den die zweite Pendeldämpfungsvorrichtung in Bezug auf eine andere Zahnanzahl abgestimmt ist.
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Im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist innerhalb eines aus Antriebsrad und angetriebenem Rad bestehenden Paares das Antriebsrad dasjenige, das in der Bahn des Drehmoments, das von dem Elektromotor auf das oder die Räder des Fahrzeugs übertragen wird, die den Boden berühren, stromaufwärts angeordnet ist, und das angetriebene Rad ist dasjenige, das stromabwärts in dieser Drehmomentbahn angeordnet ist. Wie weiter unten zu sehen sein wird, sind das Antriebsrad und das angetriebene Rad nicht zwangsläufig in der Drehmomentbahn nacheinander angeordnete Räder des Untersetzungsgetriebes.
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Jeder Zahn kann sich längs der gesamten axialen Abmessung des entsprechenden Rads oder über weniger als die gesamte axiale Abmessung erstrecken.
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Die zweite Zahnanzahl ist z.B. größer als die erste Zahnanzahl. Die erste Zahnanzahl liegt z.B. zwischen 20 und 30, während die zweite Zahnanzahl zwischen 70 und 90 betragen kann. Das Antriebsrad ist z.B. ein Ritzel, das an der Abtriebswelle des Elektromotors angebracht ist. Der Radius des Antriebsrads kann kleiner sein als der Radius des angetriebenen Rads. Auch der umgekehrte Fall ist möglich.
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Bei all dem Vorstehenden kann die Halterung der oder mindestens einer der Pendeldämpfungsvorrichtungen getrennt von dem Rad sein, dem sie zugeordnet ist. Diese Halterung kann somit axial zu diesem Rad versetzt und starr an diesem Rad befestigt sein, z.B. mit Nieten, Schrauben oder auch über eine Schweißverbindung. Wenn eines der Räder des aus Antriebsrad und angetriebenem Rad bestehenden Paares einen verringerten Radius hat, ermöglicht ein derartiger Versatz der Pendeldämpfungsvorrichtung die Zuordnung einer Dämpfungsvorrichtung zu diesem Rad trotz seiner verringerten Abmessungen. Dieses Rad mit verringerten Abmessungen ist z. B. das Antriebsrad, das z. B. als „Ritzel“ bezeichnet werden kann.
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Bei allem dem Vorstehenden kann die Halterung der oder mindestens einer der Pendeldämpfungsvorrichtungen durch das Rad gebildet sein, dem sie zugeordnet ist.
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In einem besonderen Beispiel ist die Halterung jeder Pendeldämpfungsvorrichtung getrennt von dem Rad, dem sie zugeordnet ist.
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In einem weiteren besonderen Beispiel ist die Halterung jeder Pendeldämpfungsvorrichtung durch das Rad gebildet, dem sie zugeordnet ist.
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In einem weiteren besonderen Beispiel ist die Halterung einer der Pendeldämpfungsvorrichtungen getrennt von dem Rad, dem sie zugeordnet ist, und die Halterung der anderen der Pendeldämpfungsvorrichtungen ist durch das Rad gebildet, dem sie zugeordnet ist. Das angetriebene Rad bildet z.B. die Halterung der Pendeldämpfungsvorrichtung, die diesem Rad zugeordnet ist.
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Bei allem dem Vorstehenden umfasst mindestens eine der Pendeldämpfungsvorrichtungen mindestens einen Pendelkörper, der in einem in der Halterung ausgebildeten Hohlraum rollt. Der Pendelkörper kann dann in dem Hohlraum rollen, ohne von einem anderen Element beaufschlagt zu werden. Im Gegensatz zur Offenbarung in der Anmeldung
DE 10 2013 221 361 wird der Pendelkörper z.B. nicht durch eine Masse radial beaufschlagt, die im Hohlraum translatorisch gleitet und mit dem Pendelkörper in Kontakt gelangt.
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Die dem Antriebsrad zugeordnete Pendeldämpfungsvorrichtung kann die gleiche Anzahl von Pendelkörpern umfassen wie die dem angetriebenen Rad zugeordnete Pendeldämpfungsvorrichtung. Als Variante ist die Anzahl der Pendelkörper von einer Pendeldämpfungsvorrichtung zur anderen unterschiedlich.
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Die Form der Wand des Hohlraums, an der der Pendelkörper rollt, definiert eine Rollbahn, die so gewählt ist, dass die Pendeldämpfungsvorrichtung auf den gewählten Ordnungswert abgestimmt ist. Wie bereits erwähnt, kann dieser Ordnungswert gleich der halben Zahnanzahl des Rads sein, dem die Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet ist, oder zwischen dem 0,9-fachen und 1,1-fachen der Hälfte dieser Zahnanzahl liegen.
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Mehrere Hohlräume, z. B. zwei Hohlräume, sind z.B. bei einer Verlagerung um die Achse des Rads nacheinander angeordnet, und jeder dieser Hohlräume kann einen darin rollenden Pendelkörper aufnehmen. Diese Hohlräume sind z. B. gleichmäßig an der Halterung verteilt. Jeder Hohlraum kann axial auf jeder Seite der Halterung ausmünden. Als Variante kann jeder Hohlraum nur auf einer Seite der Halterung axial ausmünden. Als weitere Variante gibt es Hohlräume, die axial auf jeder Seite der Halterung ausmünden, und Hohlräume, die axial nur auf einer Seite der Halterung ausmünden. Bei der Halterung einer der Pendeldämpfungsvorrichtungen mündet z.B. ihr Hohlraum bzw. münden ihre Hohlräume axial auf jeder Seite der Halterung aus, während bei der Halterung der anderen der Pendeldämpfungsvorrichtungen der Hohlraum bzw. die Hohlräume axial nur auf einer Seite der Halterung ausmünden. Wie bereits erwähnt, kann diese Halterung das Rad selbst sein. Gegebenenfalls kann jedes axiale Ende eines Hohlraums durch eine Platte verschlossen sein, die allen in der Halterung ausgebildeten Hohlräumen gemeinsam sein kann oder nicht.
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Die Erfindung ist nicht auf die Auswahl einer Dämpfungsvorrichtung beschränkt, bei der ein in einem Hohlraum rollender Pendelkörper zum Einsatz kommt. Es sind auch andere Varianten möglich, z. B. solche, bei denen ein oder mehrere Rollorgane zwischen dem Pendelkörper und ihrer Halterung angeordnet sind, wobei in diesem Fall mehrere Rollbahnen zwischen der Halterung und dem Pendelkörper angeordnet sind. Alle Varianten, die in 30.1, Seite 529 in Band 4 der 3. Auflage des Buches „Practical Solution of Torsional Vibration Problems, with Examples from Marine, Electrical, Aeronautical and Automobile Engineering Practice“ von W. Ker Wilson dargestellt sind, können im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden.
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Jeder Pendelkörper umfasst z. B. zwei fest miteinander verbundene Pendelmassen, die zueinander auf der einen und auf der anderen Seite der Halterung angeordnet sind. Die feste Verbindung kann wie in der Anmeldung
DE 102 24 874 offenbart über einen oder mehrere Nieten erfolgen.
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Wie in der Anmeldung
EP 2 769 118 offenbart, kann die feste Verbindung dieser beiden Pendelmassen als Variante über ein Verbindungsorgan erfolgen, das eine Rollbahn für ein Rollorgan definiert, das die Verlagerung des Pendelkörpers in Bezug auf die Halterung führt.
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Wie in der Anmeldung
WO 2012/150401 offenbart, kann als weitere Variante die Pendeldämpfungsvorrichtung zwei starr aneinander befestigte Halterungen aufweisen, und der Pendelkörper, der einstückig ausgebildet ist oder aus mehreren Pendelmassen besteht, die zueinander beweglich sind oder nicht, kann axial zwischen diesen beiden Halterungen angeordnet sein.
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Die Zähne mindestens eines der Räder, insbesondere sowohl die des Antriebsrads als auch die des angetriebenen Rads, können jeweils parallel zur Drehachse des Rads verlaufen. In diesem Fall hat jeder Zahn über seine gesamte axiale Abmessung eine Projektion in einer zur Drehachse des Rads orthogonalen Ebene, die von einem axialen Ende des Zahns zum anderen konstant und genau überlappend bleibt.
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In diesem Fall kann die Rollbahn bzw. können die Rollbahnen, die die Verlagerung des Pendelkörpers in Bezug auf die Halterung ermöglichen, so ausgebildet sein, dass sie die Verlagerung des Pendelkörpers ausschließlich in einer Richtung senkrecht zur Drehachse des Rads führen, dem die Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet ist, zu der dieser Pendelkörper gehört.
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In einer Variante können sich die Zähne mindestens eines der Räder, insbesondere sowohl die des Antriebsrads als auch die des angetriebenen Rads, jeweils schraubenförmig um die Drehachse des Rads erstrecken. Der Schrägungswinkel kann z.B. zwischen 16° und 32° betragen. In diesem Fall hat jeder Zahn über seine gesamte axiale Abmessung eine Projektion in einer zur Drehachse des Rads orthogonalen Ebene, die konstant bleibt und sich von einem axialen Ende des Zahns zum anderen bewegt. In diesem Fall kann die Rollbahn bzw. können die Rollbahnen, die die Verlagerung des Pendelkörpers in Bezug auf die Halterung ermöglichen, so ausgebildet sein, dass sie die Verlagerung des Pendelkörpers ausschließlich in einer Richtung führen, die nicht senkrecht zur Drehachse des Rads verläuft, dem die Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet ist, zu der dieser Pendelkörper gehört. Diese Verlagerungsrichtung und die Senkrechte zur Drehachse des Rads können einen Winkel definieren, der gleich dem Winkel ist, der zwischen der Erstreckungsrichtung jedes Zahns und der Drehachse des Rads besteht. Dadurch kann es möglich sein, dass die Verlagerung des Pendelkörpers entsprechend der zwischen den Rädern übertragenen Kraft ausgerichtet ist.
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Bei all dem Vorstehenden können die erste und die zweite Pendeldämpfungsvorrichtung so ausgewählt sein, dass sie folgende Beziehung erfüllen:
wobei R
gi, s
i, m
i und r
i, jeweils für eine dem Rad mit dem Index „i“ zugeordnete Pendeldämpfungsvorrichtung Folgendes bezeichnen:
- - den Abstand zwischen dem Schwerpunkt des einzelnen Pendelkörpers, der alle Pendelkörper dieser Vorrichtung modelliert, und der Drehachse der Halterung der Pendeldämpfungsvorrichtung, wenn sich dieser einzelne Pendelkörper in der Ruhestellung befindet,
- - die größte Entfernung, die der einzelne Pendelkörper aus seiner Ruhestellung längs der Rollbahn zurücklegen kann,
- - das Gewicht (ausgedrückt in kg) dieses einzelnen Pendelkörpers, und
- - den Radius des Rads, dem die Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet ist.
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Die Zugehörigkeit zum oben genannten Wertebereich ermöglicht es, die von jeder Pendeldämpfungsvorrichtung des aus Antriebsrad und angetriebenem Rad bestehenden Paares bereitgestellte Absorptionsfähigkeit anzunähern. In einem besonderen Fall ist das oben genannte Verhältnis gleich 1, so dass jede Pendeldämpfungsvorrichtung die gleiche Absorptionsfähigkeit für die Drehmomentunregelmäßigkeit hat, die für das Heulen verantwortlich ist.
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Bei all dem Vorstehenden kann das Antriebsrad direkt mit dem angetriebenen Rad in Eingriff sein.
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Als Variante ist zur Übertragung des Drehmoments von einem Rad zum anderen ein Zwischenglied wie eine Kette oder ein Riemen zwischen dem Antriebsrad und dem angetriebenen Rad angeordnet.
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Bei all dem Vorstehenden kann das Untersetzungsgetriebe nur aus dem aus dem Antriebsrad und dem angetriebenen Rad bestehenden Paar gebildet sein. Als Variante kann das Untersetzungsgetriebe mehrere Räder umfassen, die nacheinander in der Bahn des Drehmoments angeordnet sind, das von dem Elektromotor auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs übertragen wird, die mit dem Boden in Kontakt gelangen können. Mit Ausnahme der beiden Räder am Ende des Untersetzungsgetriebes kann jedes dieser Räder somit ein angetriebenes Rad gegenüber dem Rad bilden, das ihm in der Drehmomentbahn vorausgeht, und ein Antriebsrad gegenüber dem Rad, das ihm in dieser Drehmomentbahn folgt.
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Wenn mehrere Räder vorhanden sind, kann jedes dieser Räder einer Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet sein. Als Variante können, wenn mehrere Räder vorhanden sind, nur einige dieser Räder einer Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet sein. Bei der letztgenannten Variante können ein oder mehrere Räder vorhanden sein, die keiner Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet sind und die in der Drehmomentbahn zwischen zwei Rädern eingefügt sind, die jeweils einer Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet sind, und eines dieser beiden Räder kann ein Antriebsrad im Sinne der vorliegenden Anmeldung bilden, während das andere dieser beiden Räder ein angetriebenes Rad im Sinne der vorliegenden Anmeldung bilden kann. Mit anderen Worten sind das Antriebsrad und das angetriebene Rad, die jeweils eine zugeordnete Pendeldämpfungsvorrichtung aufweisen, nicht zwangsläufig aufeinanderfolgende Räder in der Bahn des von dem Untersetzungsgetriebe übertragenen Drehmoments.
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Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem weiteren ihrer Aspekte auch eine Antriebsbaugruppe für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit:
- - einem Elektromotor, der ein Drehmoment zum Bewegen des Fahrzeugs erzeugt, und
- - einem wie oben definierten Untersetzungsgetriebe.
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Eine derartige Baugruppe kann ferner mindestens ein Fahrzeugrad aufweisen, das mit dem Boden in Kontakt gelangen kann und an das das Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist. Das Untersetzungsgetriebe kann entweder direkt an das Rad gekoppelt sein oder an einem Vorderachsdifferential oder einem Hinterachsdifferential des Fahrzeugs angebracht sein. Gegebenenfalls können mehrere ähnliche Antriebsbaugruppen im Fahrzeug eingebaut sein.
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Der Elektromotor kann eine elektrische Nennleistung von 5 kW, 15 kW, 25 kW, 50 kW, 100 kW oder 300 kW oder mehr haben.
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Bei dem Elektromotor kann es sich um einen Synchronmotor oder Asynchronmotor handeln.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handeln.
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Die Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Beispiels für ihre Ausführung und bei Betrachtung der beigefügten Zeichnung besser verstanden. Darin zeigen:
- - 1 eine schematische Teilansicht eines Untersetzungsgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- - 2 eine konkretere Darstellung eines Untersetzungsgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei dieses Untersetzungsgetriebe in einer Antriebsbaugruppe integriert ist,
- - 3 eine schematische Draufsicht eines Untersetzungsgetrieberads gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die die Anordnung der Pendeldämpfungsvorrichtung zeigt, wobei 4 eine Schnittansicht gemäß IV-IV von 3 ist,
- - 5 und 6 weitere Beispiele für Pendeldämpfungsvorrichtungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden können,
- - 7 eine 1 ähnliche Ansicht eines weiteren Beispiels für ein Untersetzungsgetriebe und
- - 8 eine Grafik, die das Verhalten verschiedener Pendeldämpfungsvorrichtungen zeigt.
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In 1 ist ein Radpaar 2 dargestellt, das Teil eines Untersetzungsgetriebes 3 einer Antriebsbaugruppe 1 für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist.
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Das Untersetzungsgetriebe 3 kann entweder direkt an ein Rad 100 des Fahrzeugs gekoppelt sein, das mit dem Boden in Kontakt gelangt, oder an einem Vorderachsdifferential 100 oder einem Hinterachsdifferential 100 des Fahrzeugs angebracht sein.
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Die Baugruppe umfasst neben dem Untersetzungsgetriebe 3 auch einen Elektromotor 101, mit dem das Elektro- oder Hybridfahrzeug vollständig oder teilweise angetrieben wird. Dieser Elektromotor 101 ist in bekannter Weise ein Synchronmotor oder ein Asynchronmotor. Es handelt sich z.B. um einen Elektromotor mit einer elektrischen Nennleistung von 5 kW, 15 kW, 25 kW, 50 kW, 100 kW oder 300 kW oder mehr.
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Wie in 1 zu sehen ist, ist jedes Rad 2 des betrachteten Paares direkt mit dem anderen Rad 2 dieses Paares in Eingriff, so dass das von dem Elektromotor erzeugte Drehmoment mittels Zähnen 4 übertragen wird. Eines dieser Räder 2 ist z.B. an der Abtriebswelle des Elektromotors 101 angebracht.
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Jedes Rad 2 weist z.B. gerade Zähne auf, d. h. sie erstrecken sich jeweils längs einer zur Drehachse des Rads parallelen Achse.
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In der Variante von 2 und wie in den 3 und 4 besser zu sehen ist, erstrecken sich die Zähne 4 der Räder 2 jeweils schraubenförmig von einem axialen Ende des Rads 2 zum anderen. Jeder Zahn 4 schließt somit einen Winkel α mit der Drehachse (X) des Rads ein.
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Das in der Bahn des übertragenen Drehmoments stromaufwärts gelegene Rad 2 bildet ein Antriebsrad, während das in der Bahn des übertragenen Drehmoments stromabwärts gelegene Rad 2 ein angetriebenes Rad bildet.
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Das Antriebsrad hat z.B. einen kleineren Radius als das angetriebene Rad. Das Antriebsrad hat z.B. eine erste Zahnanzahl Z1, die zwischen 20 und 30 beträgt, während das angetriebene Rad dann eine zweite Zahnanzahl Z2 hat, die zwischen 70 und 90 beträgt.
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Wie in 1 zu sehen ist, kann jedes Rad 2 einer Pendeldämpfungsvorrichtung 5 zugeordnet sein, obwohl die Erfindung auch dann Anwendung findet, wenn das Untersetzungsgetriebe 3 nur eine einzige Pendeldämpfungsvorrichtung 5 aufweist.
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Auch wenn bei dem beschriebenen Beispiel die beiden Räder 2, denen Pendeldämpfungsvorrichtungen 5 zugeordnet sind, aufeinanderfolgende Räder in der Bahn des von dem Untersetzungsgetriebe 3 übertragenen Drehmoments sind, ist außerdem die Erfindung auch nicht darauf beschränkt. Die Erfindung deckt auch den Fall ab, bei dem ein oder mehrere Räder 2 ohne zugeordnete Pendeldämpfungsvorrichtung in der Drehmomentbahn zwischen zwei Rädern 2 angeordnet sind, die jeweils einer Pendeldämpfungsvorrichtung 5 zugeordnet sind.
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Jede Pendeldämpfungsvorrichtung 5 umfasst in bekannter Weise eine Halterung 6 und im betrachteten Beispiel mehrere Pendelkörper 7, die zu dieser Halterung 6 beweglich sind. Jede Halterung 6 ist z.B. mindestens zwei Pendelkörpern 7 zugeordnet.
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Die Halterung 6 kann durch das Rad 2 selbst gebildet sein:
- - für mindestens eines der Räder 2 des aus dem Antriebsrad und dem angetriebenen Rad bestehenden Paares oder
- - für jedes dieser Räder 2 oder
- - für keines dieser Räder 2.
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Wenn die Halterung 6 nicht von einem Rad 2 gebildet wird, kann sie von einem Flansch gebildet sein, der direkt oder nicht direkt an dieses Rad angesetzt ist und dabei drehfest oder vollständig mit diesem Rad 2 verbunden ist. Der Flansch ist z.B. mit dem Rad 2 vernietet, verschweißt oder verschraubt.
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Bei dem Beispiel von 2 werden alle Halterungen 6 von den Rädern 2 selbst gebildet.
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Im Beispiel von 2 rollt jeder Pendelkörper 7 in einem im Rad 2 ausgebildeten Hohlraum 8. Jeder Pendelkörper 7 ist hier zylinderförmig. Dieser Hohlraum 8 mündet bei einigen Rädern 2 axial auf beiden Seiten des Rads 2 aus, während er bei anderen Rädern 2 des Untersetzungsgetriebes 3 nur auf einer Seite des Rads 2 axial ausmündet.
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Um den Verlust der Pendelkörper 7 zu vermeiden, ist jedes axiale Ende eines Hohlraums 8 im betrachteten Beispiel durch eine Platte 10 verschlossen, die allen Pendelkörpern 7 der Pendeldämpfungsvorrichtung 5 gemeinsam sein kann und hier auf Höhe des axialen Endes des Rads am Rad 2 angesetzt ist.
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Die Wand jedes Hohlraums 8 bildet hier eine Rollbahn für den entsprechenden Pendelkörper 7, und diese Bahn hat eine Form, die so ausgewählt ist, dass der betreffende Pendelkörper auf einen Ordnungswert abgestimmt ist, der der halben Zahnanzahl 4 des Rads 2 entspricht, dem dieser Pendelkörper 7 zugeordnet ist. Dieser Ordnungswert ist z.B. gleich der halben Zahnanzahl 4 dieses Rads 2. In anderen Beispielen liegt dieser Ordnungswert zwischen dem 0,9-fachen und 1,1-fachen der Hälfte dieser Zahnanzahl, sogar zwischen dem 0,95-fachen und 1,05-fachen dieser Hälfte, sogar zwischen dem 0,99-fachen und 1,01-fachen dieser Hälfte.
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Diese Auswahl des Ordnungswertes hängt mit der Tatsache zusammen, dass, wie in 8 dargestellt, eine gegebene Pendeldämpfungsvorrichtung je nach Abstimmung unterschiedliche Reaktionen zeigen kann.
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8 zeigt auf der Abszisse die Amplitude des Schwingungsmoments, das auf ein Rad 2 einwirkt und gefiltert werden soll, und auf der Ordinate die Amplitude der Harmonischen des Rangs 1 der Winkelbeschleunigung dieses Rads 2.
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Die Kurve 200 stellt die Antwort einer Pendeldämpfungsvorrichtung 5 mit zwei Pendelkörpern 7 auf eine Anregungsordnung dar, wenn diese Pendeldämpfungsvorrichtung 5 auf diese Anregungsordnung abgestimmt ist.
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Die Kurve 201 stellt die Reaktion derselben Pendeldämpfungsvorrichtung 5 dar, wenn ihre Pendelkörper 7 unbeweglich gehalten werden, so dass sie keine Pendelbewegung zeigen und dann eine reine Trägheit bilden.
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Die Kurve 202 ist eine gebrochene Linie, die die Reaktion dieser Pendeldämpfungsvorrichtung 5 auf eine Anregungsordnung darstellt, wenn diese Pendeldämpfungsvorrichtung auf die Hälfte dieser Anregungsordnung abgestimmt ist. Es ist zu festzustellen, dass sich diese auf die halbe Anregungsordnung abgestimmte Pendeldämpfungsvorrichtung bis zu einem Schwellenwert des Schwingungsmoments Tj wie eine reine Trägheit verhält, wobei sich die Kurven 202 und 201 dann überlagern. Ab diesem Schwellenwert des Schwingungsmoments filtert die Pendeldämpfungsvorrichtung 5, obwohl sie auf die halbe Anregungsordnung abgestimmt ist, diese Schwingungsordnung heraus.
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Bei einer Pendeldämpfungsvorrichtung mit zwei Pendelkörpern, die an einem Rad angebracht sind, das selbst an einer einzelnen Welle angebracht ist, kann dieser Schwellenwert T
j des Schwingungsmoments mit der folgenden Formel bestimmt werden:
wobei:
- - Jr die Trägheit der Antriebsbaugruppe des Fahrzeugs bezeichnet, die auf die Welle zurückgeführt wird, an der die Pendeldämpfungsvorrichtung 5 befestigt ist,
- - I die Trägheit der Pendeldämpfungsvorrichtung 5 bezeichnet,
- - n die Anregungsordnung bezeichnet, die gefiltert werden soll,
- - nP den Ordnungswert bezeichnet, auf den die Pendeldämpfungsvorrichtung abgestimmt ist,
- - Ω die durchschnittliche Drehgeschwindigkeit des Rads bezeichnet, dem die Pendeldämpfungsvorrichtung zugeordnet ist,
- - b die äquivalente Dämpfung der Pendeldämpfungsvorrichtung bezeichnet, d.h. die Gesamtheit aller Energiedissipationsphänomene zwischen dieser Pendeldämpfungsvorrichtung und dem Rad, dem sie zugeordnet ist (darunter trockene Reibung, Luftwiderstand oder Oberflächenunebenheiten), wobei dieser Koeffizient b in [N/m/s] ausgedrückt wird.
- - M das Gewicht (ausgedrückt in kg) eines Pendelkörpers 7 der Pendeldämpfungsvorrichtung 5 bezeichnet,
- - R0 den Abstand zwischen dem Schwerpunkt eines Pendelkörpers 7 der Pendeldämpfungsvorrichtung 5 und der Drehachse des Rads 2 bezeichnet, das die Halterung 6 dieser Pendeldämpfungsvorrichtung bildet, wenn sich dieser Pendelkörper in der Ruhestellung befindet, wobei dieser R0-Wert für beide Pendelkörper der in dieser Gleichung betrachteten Pendeldämpfungsvorrichtung 5 gleich ist, und
- - α1 einen linearen Rotationskoeffizienten bezeichnet, der den Grad der Rotation des Pendelkörpers 7 um seine Achse ausdrückt.
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Diese Gleichung kann auf eine gerade Anzahl N von Pendelkörpern 7 erweitert werden, indem zwei äquivalente Pendelkörper 7 betrachtet werden, wobei jeder dieser äquivalenten Pendelkörper die Hälfte der N Pendelkörper 7 der Pendeldämpfungsvorrichtung 5 modelliert.
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Innerhalb eines aus einem Antriebsrad und einem angetriebenen Rad bestehenden Paares kann das Verhältnis zwischen dem Ordnungswert, auf den die Pendelkörper 7 der Pendeldämpfungsvorrichtung 5, die dem Antriebsrad zugeordnet ist, abgestimmt sind, und dem Ordnungswert, auf den die Pendelkörper 7 der Pendeldämpfungsvorrichtung 5, die dem angetriebenen Rad zugeordnet ist, abgestimmt sind, dem Verhältnis zwischen der Zahnanzahl 4 des Antriebsrads und der Zahnanzahl 4 des angetriebenen Rads entsprechen, oder dieses Verhältnis zwischen Ordnungswerten kann zwischen dem 0,9-fachen und dem 1,1-fachen des Verhältnisses zwischen den Zahnanzahlen liegen.
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Bei dem Beispiel von
2 sowie in den
3 und
4 ist weiterhin zu festzustellen, dass die Hohlräume 8 so angeordnet sind, dass die Verlagerung des in diesem Hohlraum 8 aufgenommenen Pendelkörpers 7 gegenüber der Halterung 6 ausschließlich in einer Richtung erfolgt, die nicht senkrecht zur Drehachse (X) des Rads 2 verläuft. Bei dem Beispiel von
2 und in den
3 und
4 definiert diese Richtung mit der Drehachse (X) des Rads 2 einen Winkel mit einem Wert in Grad von
-
Genauer gesagt können bei dem betrachteten Beispiel bei Betrachtung eines aus Antriebsrad und angetriebenem Rad bestehenden Paares die diesen Rädern 2 zugeordneten Pendeldämpfungsvorrichtungen 5 so gewählt sein, dass das folgende Verhältnis innerhalb des unten angegeben Wertebereichs liegt, wobei der Index „1“ dem Antriebsrad und der Index „2“ dem angetriebenen Rad entspricht:
wobei R
gi, s
i, m
i und r
i, jeweils für eine dem Rad mit dem Index „i“ zugeordnete Pendeldämpfungsvorrichtung Folgendes bezeichnen:
- - den Abstand zwischen dem Schwerpunkt des einzelnen Pendelkörpers, der alle Pendelkörper 7 modelliert, und der Drehachse des Rads 2, das die Halterung 6 der Pendeldämpfungsvorrichtung bildet, wenn sich dieser einzelne Pendelkörper in der Ruhestellung befindet,
- - die größte Entfernung, die der alle Pendelkörper 7 modellierende einzelne Pendelkörper aus seiner Ruhestellung längs der Rollbahn im Hohlraum 8 zurücklegen kann,
- - das Gewicht (ausgedrückt in kg) dieses einzelnen Pendelkörpers, der alle Pendelkörper 7 modelliert, und
- - den Radius des Rads 2, das die Halterung 6 bildet, die diesem Pendelkörper 7 zugeordnet ist.
-
Wenn das obige Verhältnis gleich 1 ist, wird sichergestellt, dass die Absorptionsfähigkeit für das Heulen, die für jede Pendeldämpfungsvorrichtung 5 des aus Antriebsrad und angetriebenem Rad bestehenden Paares bereitgestellt wird, innerhalb dieses Paares gleich ist.
-
Die obige Gleichung [Math 4] lässt sich aus den nachfolgenden Gleichungen ableiten, die jeweils Folgendes ausdrücken:
- - für [Math 5] die Absorptionsfähigkeit durch den einzelnen Pendelkörper, der die Gesamtheit der Pendelkörper einer Pendeldämpfungsvorrichtung modelliert,
- - für [Math 6] die Beziehung zwischen den Ordnungswerten und den Drehgeschwindigkeiten,
- - für [Math 7] die Kraft, die aufgrund der Anwesenheit der zugeordneten Pendeldämpfungsvorrichtungen 5 von jedem Rad 2 des aus Antriebsrad und angetriebenem Rad bestehenden Paares auf das andere Rad dieses Paares ausgeübt wird, wenn diese Räder 2 in der Drehmomentbahn nacheinander angeordnet sind,
- - für [Math 8] die oben genannte Beziehung zwischen den Ordnungswerten und den Zahnanzahlen der beiden betrachteten Räder und
- - für [Math 9] die Beziehung zwischen Drehwinkelgeschwindigkeiten und Zahnanzahlen der beiden betrachteten Räder:
wobei ni den Ordnungswert bezeichnet, auf den dieser Pendelkörper 7 abgestimmt ist, und Ωi die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Rads 2 bezeichnet, das die Halterung 6 für diesen Pendelkörper 7 bildet,
-
Bei dem Beispiel der 2 bis 4 kann der Ordnungswert ni, auf den ein Pendelkörper 7, der einem Rad mit dem Index i zugeordnet ist, abgestimmt ist und der der effektiven Abstimmordnung dieses Pendelkörpers 7 entspricht, mit den folgenden Gleichungen [Math10] und [Math11] ermittelt werden, die jeweils Folgendes angeben:
- - die Formel, mit der die geometrische Ordnung des Pendelkörpers 7 in diesen Beispielen berechnet werden kann, und
- - die Formel, die die geometrische Ordnung mit der effektiven Abstimmungsordnung in Verbindung bringt:
wobei M wie in [Math2] definiert ist und Di, di, Ii jeweils für einen Pendelkörper 7 einer Pendeldämpfungsvorrichtung, die dem Rad mit dem Index „i“ zugeordnet ist, Folgendes bezeichnen: - - den Radius des Hohlraums 8, in dem der Pendelkörper 7 rollt,
- - einen Radius des Pendelkörpers und
- - das Trägheitsmoment des Pendelkörpers 7 um seine Symmetrieachse.
wobei M, R0 und α1 wie in [Math2] definiert sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt.
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Die Pendeldämpfungsvorrichtungen 5 können insbesondere andere sein als Pendelkörper 7, die in Hohlräumen 8 rollen. So können z.B. gemäß den Beispielen der 5 oder 6 als Variante Pendelkörper 7 verwendet werden, die von einem oder mehreren Rollkörpern geführt werden, die selbst in einem Hohlraum rollen.
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7 beschreibt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, die sich von der in Bezug auf 1 beschriebenen dadurch unterscheidet, dass das Untersetzungsgetriebe 3 ein zusätzliches Rad 2 aufweist, das nicht in der Bahn des von dem Untersetzungsgetriebe übertragenen Drehmoments angeordnet ist. Dieses zusätzliche Rad 2 kann ein Rad sein, das dazu vorgesehen ist, dem Untersetzungsgetriebe zusätzliche Trägheit zu verleihen, oder auch ein Rad, das eine Ölpumpe 102 zur Kühlung und Schmierung des Untersetzungsgetriebes 3 antreibt. Eine weitere Pendeldämpfungsvorrichtung 5 ist in diesem Beispiel diesem zusätzlichen Rad 2 zugeordnet. Diese weitere Pendeldämpfungsvorrichtung 5 ist z.B. ähnlich wie die zuvor beschriebenen. In einer Variante von 7 sind nur zwei Pendeldämpfungsvorrichtungen im Untersetzungsgetriebe 3 vorgesehen, wobei eine dieser Pendeldämpfungsvorrichtungen dem soeben beschriebenen zusätzlichen Rad 3 zugeordnet ist.
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In einer weiteren Variante von 7 ist eine einzige Pendeldämpfungsvorrichtung 5 vorgesehen, wobei diese dem zuvor beschriebenen zusätzlichen Rad 3 zugeordnet ist, das außerhalb der Drehmomentbahn angeordnet ist.
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Die Idee, eine Pendeldämpfungsvorrichtung auf die halbe Anregungsordnung abzustimmen, die man filtern möchte, kann auch auf andere Weise als in einem Untersetzungsgetriebe für den Antriebsstrang eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs angewendet werden. Diese Idee findet z.B. bei einer Pendeldämpfungsvorrichtung Anwendung, mit der die von einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs erzeugten Ungleichförmigkeiten unabhängig von der Anordnung dieser Pendeldämpfungsvorrichtung innerhalb eines Antriebsstrangs, der diesen Verbrennungsmotor enthält, gefiltert werden sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013221361 [0027]
- DE 10224874 [0032]
- EP 2769118 [0033]
- WO 2012/150401 [0034]