DE10317061A1

DE10317061A1 - Drehschwingungstilger

Info

Publication number: DE10317061A1
Application number: DE2003117061
Authority: DE
Inventors: Reinhard Artmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-10-28

Abstract

Drehschwingungstür mit einem Innenrad, einem konzentrisch zu dem Innenrad angeordneten ringförmigen Außenrad, wobei das Außenrad einen größeren Durchmesser als das Innenrad hat, mindestens einem auf einem Trägerelement drehbar gelagerten Zwischenrad, das zwischen dem Innenrad und dem Außenrad angeordnet ist und das auf dem Außenumfang des Innenrades und auf dem Innenumfagn des Außenrades abwälzt. Mindestens eines der Räder weist eine in Bezug auf seinen Mittelpunkt asymmetrische Masseverteilung auf und fungiert somit als drehschwingungstilgende Unwucht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer Vielzahl technischer Anwendungen treten als Störgrößen Drehschwingungen auf. In Antriebssträngen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor resultieren Drehschwingungen beispielsweise aus der intermittierenden Arbeitsweise des Verbrennungsmotors. Bei herkömmlichen Fahrzeugen versucht man diese Drehschwingungen durch Zweimassenschwungräder zu dämpfen. Aufgrund ständig steigender Motorleistungen und steigender Motordrehmomente, insbesondere bei modernen Dieselfahrzeugen, stößt man mit Zweimassenschwungrädern insbesondere aufgrund von Bauraumengpässen zunehmend auf Probleme. Drehschwingungsdämpfer für Fahrzeuge sollen nämlich einerseits eine möglichst kompakte Bauweise und ein geringes Gewicht aufweisen. Andererseits sind relativ hohe Massenträgheitsmomente zur Kompensation der Drehschwingungen erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehschwingungstilger zu schaffen, der eine kompakte Bauweise, geringes Gewicht und eine vergleichsweise hohe Massenträgheit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht von einem Drehschwingungstilger aus, der ähnlich wie ein Planetengetriebe aufgebaut ist. Der Drehschwingungstilger weist ein Innenrad und ein konzentrisch zu dem Innenrad angeordnetes Außenrad auf, dessen Durchmesser größer als der des Innenrads ist. Zwischen dem Innenrad und dem Außenrad ist mindestens ein Zwischenrad angeordnet, das drehbar auf einem Trägerelement gelagert ist und das auf dem Außenumfang des Innenrads und dem Innenumfang des Außenrades abwälzt. Vorzugsweise sind nicht nur ein sondern mehrere solcher Zwischenräder vorgesehen.

Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass mindestens eines der oben genannten Räder eine in Bezug auf seinen Mittelpunkt asymmetrische Masseverteilung aufweist und somit als drehschwingungstilgende Unwucht fungiert. Vorzugsweise weist das mindestens eine Zwischenrad eine in Bezug auf seinen Mittelpunkt asymmetrische Masseverteilung auf. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind wie oben bereits angedeutet, mehrere solcher Zwischenräder vorgesehen. Im Falle mehrerer Zwischenräder können diese derart ausgelegt und angeordnet sein, dass durch die Unwuchten Drehschwingungen getilgt bzw. kompensiert werden und dass sich gleichzeitig die aus den asymmetrischen Masseverteilungen der Zwischenräder ergebenden Schwingungsanteile in der Ebene gegenseitig aufheben.

Bei einer besonders bevorzugten Anordnung sind zwei solcher Zwischenräder vorgesehen, die diametral gegenüberliegend in Bezug auf das Innenrad angeordnet sind, das heißt die in Umfangsrichtung des Innenrades einen Abstand von 180° haben. Ebenfalls sehr vorteilhaft ist eine Anordnung mit vier Zwischenrädern, die in Umfangsrichtung einen Abstand von 90° zueinander haben.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Rädern um Zahnräder. In diesem Fall weisen das Innenrad und die Zwischenräder jeweils eine Außenverzahnung und das Außenrad eine Innenverzahnung auf.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Innenrad in seiner Umfangsrichtung feststellbar angeordnet. „Feststellbar" bedeutet, dass das Innenrad in seiner Drehrichtung verdrehbar und in beliebigen Positionen blockierbar bzw. arretierbar ist. Aufgrund seiner Verdrehbarkeit fungiert das Innenrad als „Verstelleinrichtung". Durch Verdrehen des Innenrads kann die Phasenlage des bzw. der Innenräder verändert werden.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem das Innenrad feststellbar angeordnet ist, wird das Trägerelement, auf dem das bzw. die Zwischenräder drehbar gelagert sind, mit einer Komponente, zum Beispiel einer Welle, deren Drehschwingungen zu tilgen sind, verbunden. Der Drehschwingungsdämpfer kann also beispielsweise am freien Ende einer derartigen Welle angeordnet sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, den Drehschwingungsdämpfer zwischen zwei Wellenstücken anzuordnen, das heißt zwischen einem Eingang und einem Ausgang. Beispielsweise können der Eingang und der Ausgang jeweils mit dem Trägerelement verbunden sein. In diesem Fall haben der Eingang und der Ausgang stets exakt die gleiche Drehzahl und die gleiche Phasenlage, was ein wesentlicher Unterschied gegenüber einem herkömmlichen Zweimassenschwungrad ist.

Alternativ dazu sind auch andere Anordnungen denkbar, bei denen beispielsweise der Eingang mit dem Trägerelement und der Ausgang mit dem Außenrad verbunden ist. In diesem Fall fungiert der Drehschwingungstilger zusätzlich als Übersetzungsstufe. Selbstverständlich ist auch eine umge kehrte Anordnung denkbar, bei dem der Eingang mit den Außenrad und der Ausgang mit dem Trägerelement verbunden ist.

Es wurde bereits erwähnt, dass der Drehschwingungstilger gemäß der Erfindung ähnlich einem Planetengetriebe aufgebaut ist. Folglich ist es auch denkbar, das Trägerelement, auf dem das bzw. die Zwischenräder drehbar gelagert sind, feststellbar anzuordnen. In diesem Fall kann das Innenrad beispielsweise als Eingang und das Außenrad als Ausgang verwendet werden, oder umgekehrt. Auch in diesem Fall fungiert der Drehschwingungstilger zusätzlich als Übersetzungsstufe.

Schließlich ist es auch möglich, das Außenrad als feststellbare Komponente auszubilden. In diesem Fall kann das Innenrad als Eingang und das Trägerelement als Ausgang eingesetzt werden, oder umgekehrt. Auch in diesem Fall fungiert der Drehschwingungstilger zusätzlich als Übersetzungsstufe.

Besonders vorteilhaft ist jedoch die eingangs erwähnte Anordnung, bei der das Innenrad feststellbar ausgebildet ist. Wenngleich zur Tilgung von Drehschwingungen das Innenrad und das auf das bzw. die auf dem Trägerelement angeordneten Zwischenrädern genügen, ist es von Vorteil, wie oben beschrieben, zusätzlich ein mit den Zwischenrädern kämmendes „Hohlrad" vorzusehen. Das „Hohlrad" bzw. Außenrad kann nämlich als Bauteil ausgebildet sein, das ein relativ geringes Gewicht jedoch eine relativ hohe Massenträgheit hat. Das Massenträgheitsmoment eines ringförmigen Außenrads kann näherungsweise mit der Formel:

berechnet werden. R_a ist der Innenradius und R_a der Außenradius des Außenrades.

Das Außenrad „umschließt" die Zwischenräder. Dies hat den Vorteil, dass die aus der asymmetrischen Masseverteilung, das heißt aus den Unwuchten der Zwischenräder resultierenden Fliehkräfte zumindest teilweise vom Außenrad aufgenommen. Dies wiederum hat den Vorteil, dass die Lager der Zwischenräder eine geringere Festigkeit aufweisen können als bei einem Drehschwingungstilger, bei dem das Außenrad fortgelassen ist.

Da das Außenrad im Betrieb eine Drehbewegung ausführt, übernimmt es die Funktion eines Schwungrades, dessen Massenträgheitsmoment sich gemäß der oben angegebenen Formel berechnet.

Im folgenden wir die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel mit feststellbarem Innenrad und vier Zwischenrädern; und
2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Drehschwingungstilger der 1 zwischen zwei Wellenstücken angeordnet ist.
1 zeigt einen Drehschwingungstilger 1, der ein Innenrad 2 und ein ringförmiges Außenrad 3 aufweist. Im Bereich zwischen dem Innenrad 2 und dem Außenrad 3 sind vier Zwischenräder 4–7 symmetrisch, das heißt voneinander um 90° beabstandet angeordnet. Die Zwischenräder 4–7 kämmen jeweils mit dem Innenrad 2 und dem Außenrad 3. Die Zwischenräder 4–7 sind auf einem durch vier Tragarme 8–11 und einer Tragarmwelle 12 gebildeten Trägerelement drehbar gelagert.
Wesentlich für die Funktion als Schwingungstilger ist, dass die Zwischenräder 4–7 in Bezug auf ihre Mittelpunkte 13–16 jeweils eine asymmetrische Masseverteilung aufweisen. Die asymmetrische Masseverteilung kann beispielsweise durch exzentrisch angeordnete Unwuchtmassen 17–20 erreicht werden.
Das Innenrad 2 ist feststellbar angeordnet. Feststellbar bedeutet, dass es verdreht und in unterschiedlichen Drehstellungen festgestellt bzw. arretiert werden kann. Hält man das Trägerelement fest, so kann durch Verdrehen des Innenrades 2 die Phasenlage der Zwischenräder 4–7 bzw. der Unwuchten 17–20 der Zwischenräder 4–7 in Bezug auf das Trägerelement 8 –11 verstellt werden.
Ein wesentlicher Vorteil der in 1 gezeigten Anordnung mit vier Zwischenrädern besteht darin, dass aufgrund der symmetrischen Anordnung der Zwischenräder 4–7 sich die durch die Unwuchten 17–20 erzeugten Schwingungen parallel zur Zeichenebene gegenseitig aufheben. Betrachtet man das Trägerelement 8–11 als „Eingang", das heißt als ein mit einer Welle, deren Drehschwingungen zu tilgen sind, zu verbindendes Bauteil, dann weist die Anordnung bei einer Drehung des Trägerelementes 8–11 in Drehrichtung eine Drehungleichförmigkeit auf. Die Drehungleichförmigkeit resultiert aus der asymmetrischen Masseverteilung der Zwischenräder 4–7. Sie kann konstruktiv gezielt so ausgelegt werden, dass über das Trägerelement 8–11 eingeleitete Drehschwingungen kompensiert werden.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Drehschwingungstilgers 1 gemäß 1, bei dem eine Eingangswelle mit dem Trägerelement 8–11 verbunden ist. Eine Ausgangswelle ist mit Tragarmen 8', 10' verbunden, die ebenfalls Teil des Trägerelementes sind. Die Eingangswelle 21 und die Ausgangswelle 22 haben also stets die gleichen Drehzahl und stets die gleiche Phasenlage, das heißt keinen Schlupf. Über die Eingangswelle 21 einge leitete Drehschwingungen können bei entsprechender Auslegung des Drehschwingungstilgers ein somit kompensiert bzw. getilgt werden. Die Eingangswelle 21 und die Ausgangswelle 22 weisen somit einen gleichförmigen Lauf auf.
Wie bereits in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung angedeutet, kann der Drehschwingungstilger auch am Ende einer mit Drehschwingungen behafteten Welle angeordnet sein. In diesem Fall braucht also keine Ausgangswelle wie in 2 dargestellt vorgesehen sein.
Bei einem weiteren möglichen Ausführungsbeispiel kann, wie in 2 dargestellt, die Eingangswelle 21 mit dem Trägerelement 8–11 verbunden sein. Eine Ausgangswelle kann alternativ zu 2 mit dem Außenrad 3 verbunden sein. In diesem Fall fungiert der Drehschwingungstilger 1 zusätzlich als Übersetzungsstufe.
Selbstverständlich sind auch kinematische Funktionsumkehrungen, ähnlich wie bei einem Planetengetriebe, möglich. Das heißt, alternativ zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 kann auch das Trägerelement 8–11 feststellbar angeordnet sein. In diesem Fall fungieren das Innenrad 2 und das Außenrad 3 als Eingang bzw. Ausgang, oder umgekehrt und der Drehschwingungstilger 1 fungiert als Übersetzungsstufe.
Alternativ dazu kann das Außenrad feststellbar angeordnet sein. In diesem Fall kann der Eingang durch das Trägerelement 8–11 und der Ausgang durch das Innenrad 2 gebildet sein, oder umgekehrt. Auch in diesem Fall fungiert der Drehschwingungstilger 1 als Übersetzungsstufe.

Claims

Drehschwingungstilger (1) mit einem Innenrad (2), einem konzentrisch zu dem Innenrad (2) angeordneten ringförmigen Außenrad (3), wobei das Außenrad (3) einen größeren Durchmesser als das Innenrad (2) hat, mindestens einem auf einem Trägerelement (8–11) drehbar gelagerten Zwischenrad (4–7), das zwischen dem Innenrad (2) und dem Außenrad (3) angeordnet ist und das auf dem Außenumfang des Innenrades (2) und auf dem Innenumfang des Außenrades (3) abwälzt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Räder eine in Bezug auf seinen Mittelpunkt asymmetrische Masseverteilung aufweist und somit als drehschwingungstilgende Unwucht fungiert.
Drehschwingungstilger (1) nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Innenrad (2) und dem Außenrad (3) mindestens zwei Zwischenräder (4–7) mit asymmetrischer Masseverteilung angeordnet sind, die beide auf dem Trägerelement (8–11) drehbar gelagert sind, wobei die Zwischenräder (4–7) in Umfangsrichtung symmetrisch angeordnet sind.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das mindestens eine Zwischenrad (4–7) eine in Bezug auf den Mittelpunkt des mindestens einen Zwischenrades asymmetrische Masseverteilung aufweist.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Innenrad in seiner Umfangsrichtung feststellbar angeordnet ist.
Drehschwingungstilger (1) nach Anspruch 3, wobei das feststellbar angeordnete Innenrad in seiner Umfangsrichtung verdrehbar angeordnet ist und als Phasenverstelleinrichtung fungiert, wobei durch Verdrehen des Innenrades (2) die Phasenlage des mindestens einen Rades, welches eine asymmetrische Masseverteilung aufweist, verstellbar ist.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine zu tilgende Drehschwingung über das Trägerelement (8–11) in den Drehschwingungstilger (1) eingeleitet wird.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Außenrad in seiner Umfangsrichtung feststellbar angeordnet ist und das Innenrad (2) einen Eingang und das Trägerelement (8–11) einen Ausgang bildet, oder umgekehrt, wobei der Drehschwingungstilger (1) zusätzlich als Übersetzungsstufe fungiert.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Trägerelement feststellbar angeordnet ist und das Innenrad (2) als Eingang und das Außenrad (3) als Ausgang fungiert, oder umgekehrt, wobei der Drehschwingungstilger (1) zusätzlich als Übersetzungsstufe fungiert.