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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger, insbesondere zum Einsatz im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Um in einem Antriebsstrang ein Drehmoment beispielsweise von einem Antriebsmotor zu einem Getriebe zu übermitteln, wird ein Drehschwingungstilger verwendet. Der Drehschwingungstilger hat die Aufgabe, neben der Übertragung des Drehmoments etwaige Drehschwingungen (Torsionsschwingungen), die dem Drehmoment überlagert sein können, zu tilgen. Hierfür umfasst der Drehschwingungstilger einen Pendelflansch, an dem eine Pendelmasse verschiebbar angeordnet ist. Mittels einer Kulissenführung ist die Pendelmasse so am Pendelflansch geführt, dass sie sich bei einer Beschleunigung des Pendelflanschs um dessen Drehachse radial nach innen bewegt, wobei das Rotationsmoment des Drehschwingungstilgers verändert wird. In einer Weiterentwicklung ist die Pendelmasse ein Trapezpendel, welches bifilar am Pendelflansch geführt ist. Zusätzlich zur Verschiebung gegenüber dem Pendelflansch vollführt hier die Pendelmasse eine Drehbewegung in der Drehebene des Pendelflanschs um eine eigene Achse, wodurch zusätzliche Energie gespeichert werden kann. Die Verschiebebewegung und die Drehbewegung der Pendelmasse können durch die Kulissenführung abschnittsweise oder vollständig miteinander gekoppelt sein.
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Üblicherweise liegen mehrere Pendelmassen auf einem Umfang des Pendelflanschs nebeneinander. Um eine Ausdehnung und eine Beweglichkeit der Pendelmassen zu maximieren, sind die Pendelmassen und ihre Führungen so gewählt, dass eine Kollision benachbarter Pendelmassen möglich ist. Eine Kollision kann beispielsweise bei einer sehr geringen Drehzahl oder sehr starken Drehmomentschwankungen auftreten. Durch die Kollisionen kann ein Verschleiß der Pendelmassen gefördert sein und es können störende Geräusche entstehen. Um die Kollisionen abzumildern ist es möglich, elastische Elemente an den Pendelmassen anzubringen, so dass ein gegenseitiger Anschlag zweier Pendelmassen elastisch gedämpft stattfinden kann.
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Um eine Lebenserwartung des elastischen Elements sicherstellen zu können, ist es allerdings erforderlich, eine maximale Kompressionsbelastung des elastischen Elements auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen. Hierzu kann ein Anschlag verwendet werden, der eine maximale Beweglichkeit der Pendelmasse bezüglich des Pendelflanschs einschränkt. In einer Ausführungsform wird die Pendelmasse mittels zweier Kulissenführungen am Pendelflansch geführt, wobei ein Kulissenstein der einen Kulissenführung mit einem elastischen Element ummantelt ist. Die andere Kulissenführung ist so bemessen, dass sie eine Bewegung der Pendelmasse bezüglich des Pendelflanschs begrenzt, wenn eine vorbestimmte Kompression des elastischen Elements an der anderen Kulissenführung erfolgt ist.
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Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann die Pendelmasse jedoch nicht die vorgesehene, theoretische Bahn einhalten, sondern sich im Rahmen eines Spiels ihrer Führung am Pendelflansch frei bewegen. Bei diesen Bewegungen kann es zu einem ungewollten Anschlag zwischen den elastischen Elementen an den Stirnseiten der Pendelmassen kommen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Drehschwingungstilger der beschriebenen Art anzugeben, bei dem elastische Elemente zur Bedämpfung einer Kollision der Pendelmassen aneinander auch unter ungünstigen Bedingungen eine vorbestimmte Lebensdauer erreichen können.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Drehschwingungstilgers mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein erfindungsgemäßer Drehschwingungstilger umfasst einen um eine Drehachse drehbaren Pendelflansch mit einer Aussparung, sowie zwei Pendelmassenpaare, die in Umfangsrichtung benachbart am Pendelflansch verschiebbar angebracht sind, und ein elastisches Element zur Bedämpfung eines gegenseitigen Anschlags benachbarter Pendelmassenpaare. Dabei umfassen die Pendelmassenpaare jeweils zwei Pendelmassen, die einander bezüglich des Pendelflanschs gegenüber liegen und einen Bolzen, der durch die Aussparung verläuft und die Pendelmassen axial miteinander verbindet. Im Bereich der Aussparung ist an beiden Bolzen jeweils ein elastisches Element angebracht, das dazu eingerichtet ist, in Umfangsrichtung an das jeweils andere elastische Element anzuschlagen.
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Durch die Lage der elastischen Elemente an den Bolzen können die elastischen Elemente verdeckt und somit geschützt am Drehschwingungstilger angeordnet sein. Ein Dämpfungsweg bei einem Anschlag der beiden Pendelmassenpaare aneinander kann zwischen den beiden elastischen Elementen erfolgen und somit länger sein als ein Dämpfungsweg eines Anschlags eines der Pendelmassenpaare in radialer Richtung. Ein Energieabbau beim Anschlag kann so in verbesserter Weise in der Richtung erfolgen, in der die größte Kollisionsenergie zu erwarten ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ragt das elastische Element in Umfangsrichtung des Drehschwingungstilgers nur um einen vorbestimmten Bruchteil seiner Ausmaße über eine Begrenzung der Pendelmasse hervor, so dass eine Kompression der elastischen Elemente durch einen gegenseitigen Anschlag benachbarter Pendelmassen begrenzbar ist.
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Die Begrenzung des Kompressionswegs der elastischen Elemente kann auf diese Weise unabhängig davon sichergestellt sein, ob die einander zugewandten Enden der Pendelmassenpaare unterschiedlich weit radial am Pendelflansch ausgelenkt sind. Die elastischen Elemente können so unter allen Betriebsbedingungen des Drehschwingungstilgers in ihrer Belastung auf ein vorbestimmtes Maß reduziert sein. Eine Lebenserwartung der elastischen Elemente kann so verlässlich bestimmt bzw. durch entsprechende Dimensionierung der elastischen Elemente zugesichert sein.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Aussparung so bemessen, dass die elastischen Elemente auch gegen radiale Begrenzungen der Aussparung anschlagen können. So kann auch eine radiale Bewegung jedes Pendelmassenpaars bezüglich des Pendelflanschs im Bereich des durch die Aussparung vorgegebenen Endes der Bewegung durch das elastische Element gedämpft sein.
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Die Pendelmassenpaare können bifilar am Pendelflansch geführt sein, so dass zusätzlich zur Verschiebung in der Drehebene auch eine Drehung um eine Achse des Pendelmassenpaars ermöglicht ist. Eine derartige Anordnung wird auch Trapezpendel genannt. Insbesondere in dieser Ausführungsform können die Pendelmassenpaare jeweils komplexen Bahnen folgen, von denen ein Abschnitt zwar selten eingenommen werden kann, die aber eine real durch die Pendelmassen eingenommene Kurve verbessert abbilden. Der beschriebene Schutz der elastischen Elemente gegen zu starke Kompression kann hier mit besonderem Vorteil ausgespielt werden.
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In einer Ausführungsform sind die elastischen Elemente jeweils radialsymmetrisch zu den ihnen zugeordneten Bolzen angebracht. Die Bedämpfung eines Anschlags des Pendelmassenpaars bei seiner Bewegung bezüglich des Pendelflanschs kann so in alle möglichen Bewegungsrichtungen gelingen.
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Bevorzugterweise sind die elastischen Elemente jeweils drehbar bezüglich der Pendelmassen angeordnet. Ein Verschleiß bzw. eine Alterung des elastischen Elements durch Belastung kann so über den gesamten Umfang des elastischen Elements verteilt sein, so dass eine erhöhte Belastbarkeit bzw. verlängerte Lebensdauer des elastischen Elements erzielbar sein kann.
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Eine Kontur der Pendelmassen im Bereich der elastischen Elemente kann jeweils einer Kontur des elastischen Elements folgen. Unter der oben genannten Bedingung, dass das elastische Element nur um einen vorbestimmten Betrag über den Umriss des Pendelmassenpaars hinausragt, kann das Pendelmassenpaar in seinen in Umfangsrichtung liegenden Endbereichen eine Form aufweisen, die gleichzeitig den Anschlag der elastischen Elemente sicherstellt und die Größe der Pendelmassenpaare maximiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Drehschwingungstilger wenigstens drei der beschriebenen Pendelmassenpaare, die jeweils benachbart am Pendelflansch verschiebbar angebracht sind, wobei jedes Pendelmassenpaar im Bereich jedes seiner zwei in Umfangsrichtung liegenden Enden einen Bolzen mit daran angebrachtem elastischen Element aufweist.
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So können alle Enden der verwendeten Pendelmassenpaare durch die entsprechenden elastischen Elemente vor einer Kollision geschützt sein, während gleichzeitig die elastischen Elemente vor einer überstarken Kompression geschützt sind. Aufgrund der Massenverhältnisse an Trapezpendeln hat es sich als vorteilhaft erwiesen, genau drei Pendelmassenpaare auf einem Umfang um die Drehachse am Pendelflansch anzuordnen. Bevorzugterweise ist der über die Begrenzung der Pendelmasse hervorragende Bruchteil des elastischen Elements in Abhängigkeit eines Werkstoffs, einer projektierten Lastwechselzahl, einer erwarteten maximalen Kollisionsenergie oder einer Geometrie des elastischen Elements bemessen.
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Vorzugsweise beträgt der über die Begrenzung der Pendelmasse hervor ragende Bruchteil des elastischen Elements ca. 40% seiner Materialstärke. Mit diesem Wert konnte in Versuchen eine gute Haltbarkeit der elastischen Elemente beim Betrieb des Drehschwingungstilgers im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nachgewiesen werden.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 einen Drehschwingungstilger;
- 2 ein Detail des Drehschwingungstilgers aus 1;
- 3 ein Detail aus 2 in einer ersten Stellung; und
- 4 das Detail aus 2 in einer zweiten Stellung
darstellt.
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1 zeigt einen Drehschwingungstilger 100 zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Drehschwingungstilger 100 ist um eine Drehachse 105 drehbar gelagert und umfasst einen Pendelflansch 110 und drei Pendelmassenpaare 115, die auf einem Umfang um die Drehachse 105 am Pendelflansch 110 verteilt sind. Jedes Pendelmassenpaar 115 umfasst eine erste Pendelmasse 120 und eine zweite Pendelmasse 125, sowie einen Bolzen 130 und ein elastisches Element 135. Die Pendelmassen 120 und 125 liegen miteinander fluchtend auf unterschiedlichen axialen Seiten des Pendelflanschs 110, so dass der in 1 hintere Pendelflansch 125 nicht sichtbar ist. Der Bolzen 130 verbindet die Pendelmassen 120 und 125 starr miteinander. Dabei ist der Bolzen 130 durch eine Aussparung 140 im Pendelflansch 110 geführt, die so bemessen ist, dass das Pendelmassenpaar 115 in der Drehebene um die Drehachse 105 am Pendelflansch 110 verschiebbar bleibt.
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Das elastische Element 135 ist am Bolzen 130, bezogen auf die Drehachse 105 in axialer Richtung, zwischen den Pendelmassen 120 und 125 im Bereich der Aussparung 140 des Pendelflanschs 110 angebracht. Das elastische Element 135 kann insbesondere einen elastischen Kunststoff oder einen Gummi umfassen. In der dargestellten Ausführungsform umläuft das elastische Element 135 den Bolzen 130 um dessen Längsachse, die parallel zur Drehachse 105 verläuft. Zwischen dem elastischen Element 135 und dem Bolzen 130 kann eine Hülse oder ein Lager 145 angeordnet sein. Dadurch kann das elastische Element 135 drehbar bezüglich des Pendelmassenpaars 115 gelagert sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Drehbarkeit des elastischen Elements 135 auch dadurch hergestellt sein, dass der Bolzen 130 drehbar an den Pendelmassen 120 bzw. 125 befestigt ist.
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Üblicherweise ist an jedem Pendelmassenpaar 115 an beiden in Umfangsrichtung um die Drehachse 105 liegenden Enden jeweils ein Bolzen 130 mit dem elastischen Element 135 angebracht. Die Verschiebbarkeit des Pendelmassenpaars 115 bezüglich des Pendelflanschs 110 kann durch die beschriebene Anordnung der an den Pendelmassen 120 und 125 befestigten Bolzen 130 mit den elastischen Elementen 135 im Zusammenspiel mit der Aussparung 140 definiert sein. Die Bewegung kann zusätzlich durch eine oder mehrere Kulissenführungen 150 festgelegt sein. Vorzugsweise ist die Beweglichkeit jedes Pendelmassenpaars 115 bezüglich des Pendelflanschs 110 derart festgelegt, dass eine Verschiebung bzw. Verschwenkung eines Pendelmassenpaars 115 um die Drehachse 105 mit einer Verdrehung des Pendelmassenpaars 115 um eine andere, zur Drehachse 105 parallele Drehachse einhergeht, so dass die in Umfangsrichtung liegenden, einander entgegen gesetzten Enden des Pendelmassenpaars 115 unterschiedliche radiale Abstände zur Drehachse 105 einnehmen. Eine solche Anordnung wird Trapezpendel genannt.
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2 zeigt ein Detail des Drehschwingungstilgers 100 aus 1. Das elastische Element 135 erstreckt sich radialsymmetrisch um den Bolzen 130. Dabei sind die in Umfangsrichtung liegenden Enden der Pendelmassen 120 und 125 so geformt, dass nur ein vorbestimmter Bruchteil des elastischen Elements 135 über die Begrenzung der Pendelmassen 120 und 125 hervorragt. Dieser Überstand des elastischen Elements kann unter der Berücksichtung eines Werkstoffs, beispielsweise bezüglich seiner Zugfestigkeit oder Dehngrenze, einer geforderten Lastwechselzahl, die beispielsweise in der Größenordnung von 300.000 liegen kann, einer maximalen zu erwartenden Energie beim Anschlagen zweier Pendelmassenpaare 115 gegeneinander, die im Bereich von 700 mJ liegen kann, einer Geometrie des elastischen Elements 135 oder einer Kombination daraus bestimmt sein. Wird beispielsweise als Werkstoff der Gummi HNDR90 verwendet, so kann für einen Drehschwingungstilger, der für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, der Überstand maximal 40% der Materialstärke betragen. In der dargestellten Ausführungsform entspricht die Materialstärke der Tiefe des elastischen Elements 135 in radialer Richtung bezüglich des Bolzens 130.
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Eine Kontur der Pendelmassen 120 und 125 im Bereich des elastischen Elements 135 folgt dessen Kontur in einem Abstand, der den beschriebenen Überstand definiert. Dadurch beschreibt die Endkontur der Pendelmassen 120 und 125 die in 2 deutliche Wellenform.
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3 zeigt das Detail des Drehschwingungstilgers 100 aus 2 in einer ersten Stellung. Die Ansicht erfolgt wie in 1 parallel zur Drehachse 105. Die elastischen Elemente 135 der beiden in 3 dargestellten Pendelmassenpaare 115 berühren einander, ohne dass sich die Pendelmassen 120, 125 der beiden Pendelmassenpaare 115 gegenseitig berühren. Dabei liegen die beiden aufeinander zu weisenden Enden der Pendelmassenpaare 115 in unterschiedlichen radialen Abständen von der Drehachse 105. Diese Lage stellt jedoch nur einen möglichen Betriebszustand des Drehschwingungstilgers 100 dar, in anderen Betriebszuständen können die beiden Enden auch gleiche radiale Abstände zur Drehachse 105 einnehmen.
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4 zeigt das Detail des Drehschwingungstilgers 100 aus 2 in einer zweiten Stellung. Gegenüber der in 3 gezeigten Stellung haben sich die Enden der Pendelmassenpaare 115 in Umfangsrichtung um die Drehachse 105 weiter aufeinander zu bewegt, wobei die elastischen Elemente 135 entsprechend komprimiert wurden. Die Kompression der elastischen Elemente 135 findet ihre Begrenzung im Anschlag der aufeinander zuweisenden Enden der Pendelmassen 120 bzw. 125 der beiden benachbarten Pendelmassenpaare 125.
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Es ist zu beachten, dass durch diesen Anschlag der Pendelmassen 120 bzw. 125 aneinander die Begrenzung der Kompression der elastischen Elemente 135 nur im Fall einer Kollision zweier benachbarter Pendelmassenpaare 125 erfolgt. Wird eine radiale Bewegung eines Pendelmassenpaars 125 nach außen oder nach innen durch das elastische Element 135 an einer Begrenzung der Aussparung 140 bedämpft, so ist kein Anschlag vorgesehen, der die Kompression des elastischen Elements 135 beschränkt. In einer Ausführungsform kann ein derartiger Anschlag jedoch anderweitig, etwa durch die Kulissenführungen 150, bereitgestellt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Drehschwingungstilger
- 105
- Drehachse
- 110
- Pendelflansch
- 115
- Pendelmassenpaar
- 120
- erste Pendelmasse
- 125
- zweite Pendelmasse
- 130
- Bolzen
- 135
- elastisches Element
- 140
- Aussparung
- 145
- Hülse/Lager
- 150
- Kulissenführung
