DE112015003444T5

DE112015003444T5 - Dämpfungsvorrichtung für den Fahrzeug-Antriebsstrang

Info

Publication number: DE112015003444T5
Application number: DE112015003444.7T
Authority: DE
Inventors: Roel Verhoog
Original assignee: Valeo Embrayages SAS
Current assignee: Valeo Embrayages SAS
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-04-06
Also published as: FR3024191B1; FR3024191A1; WO2016012707A1

Abstract

Dämpfungsvorrichtung (1) für den Fahrzeug-Antriebsstrang, umfassend: – einen um eine Achse (X) drehbeweglichen Träger (2), – eine Vielzahl von winkelverschoben aufeinanderfolgenden Schwungmassen (14), wobei jede Schwungmasse (14) zwei distinkte Schwungmassenteile umfasst, wobei sich eines der Schwungmassenteile axial auf einer ersten Seite des Trägers (2) erstreckt und sich das andere Schwungmassenteil axial auf einer zweiten Seite des Trägers (2) erstreckt, die der ersten Seite gegenüberliegend ist, wobei die zwei Schwungmassenteile über mindestens ein Verbindungselement (18), das mit einem durch den Träger (2) definierten Sitz (20) zusammenwirkt, verbunden sind, und – eine Vielzahl von elastischen Rückstellelementen (30), wobei jedes elastische Rückstellelement (30) zwischen zwei nebeneinander liegenden Schwungmassen (14) angeordnet ist und zwei Winkelenden (32) aufweist, die jeweils mit einer Schwungmassen (14) verbunden sind, wobei die Vorrichtung (1) Wälzelement-frei ist sowohl bezüglich des Trägers (2) als auch bezüglich der Schwungmassen (14).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs.
Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, dazu bestimmt, die Filterung von Torsionsschwingungen im Bereich der mechanischen Brücke des Antriebsstrangs des Fahrzeugs zu verbessern. Als „mechanische Brücke” wird die Stelle des Antriebsstrangs bezeichnet, in deren Bereich die Wellen der Räder, die Welle des Getriebes ankommen, und wo sich ein Differential befindet.
Es ist bekannt, zu diesem Zweck Dämpfungsvorrichtungen, auch „Tilger” genannt, zu verwenden, die Elemente umfassen, die zum Schwingen geeignet sind, um diese Filterung durchzuführen. Dennoch ist diese Filterung über die Zeit und/oder Temperatur, der die Vorrichtung unterliegt, nicht ausreichend stabil. Ferner verschlechtert sich das Hysteresemoment, dem die Elemente der Vorrichtung bei ihren Schwingungen ausgesetzt sind, mit der Zeit und/oder je nach Temperatur. Dieses Hysteresemoment ermöglicht es, die Schwingungen auf zwei Frequenzen, die die Resonanzfrequenz des Tilgers begrenzen, zu dämpfen.
Es ist ferner bekannt, Dämpfungsvorrichtungen zu verwenden, welche Pendelmassen umfassen, die bezüglich eines Trägers auf Rollen geführt sind, beispielsweise durch DE 10 2012 221 103 , DE 10 2011 013 232 , WO 2014/005907 , DE 10 2009 037 481 oder auch WO 2012/083920 .
Es besteht ein Bedarf, die Gesamtheit oder ein Teil der oben erwähnten Nachteile zu beheben.
Aufgabe der Erfindung ist es, diesem Bedarf zu entsprechen, und sie erreicht dies nach einem ihrer Aspekte mit Hilfe einer Dämpfungsvorrichtung für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend:

– einen um eine Achse drehbeweglichen Träger,
– eine Vielzahl von Schwungmassen, die winkelverschoben aufeinander folgend angeordnet sind, wobei jede Schwungmasse zwei distinkte Schwungmassenteile umfasst, wobei sich eines der Schwungmassenteile axial auf einer ersten Trägerseite erstreckt und sich das andere Schwungmassenteil axial auf einer zweiten Trägerseite gegenüber der ersten Seite erstreckt, wobei die beiden Schwungmassenteile mittels mindestens eines Verbindungselements verbunden sind, welches in einen von dem Träger definierten Sitz eingreift, und
– eine Vielzahl von elastischen Rückstellelementen, wobei jedes elastische Rückstellelement zwischen zwei nebeneinander liegenden Schwungmassen angeordnet ist und zwei jeweils mit einer der Schwungmassen verbundene Enden aufweist.

Die Vorrichtung kann frei sein von Wälzelementen, sowohl bezüglich des Trägers als auch bezüglich der Schwungmassen.
Wie im Folgenden zu sehen ist, kann sich kein Element der Vorrichtung, und insbesondere kein Verbindungselement, gleichzeitig bezüglich einer Schwungmasse und bezüglich des Trägers drehen. Die Vorrichtung bildet einen Tilger, der von einem Pendel verschieden ist und der eine einzige Resonanzfrequenz aufweisen kann.
Mindestens eines:

– der elastischen Rückstellelementen, und
– der durch den Träger definierten Sitze

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis zwischen der von dem elastischen Rückstellelement ausgeübten Kraft und dem Winkelbewegungswert ausreichend nahe einem proportionalen Verhältnis, so dass die Vorrichtung eine Resonanzfrequenz, insbesondere eine einzige Resonanzfrequenz, aufweist.
Das oben erwähnte Verhältnis zwischen von dem elastischen Rückstellelement ausgeübter Kraft und dem Winkelwert kann proportional sein. Wenn die Schwungmassen der Vorrichtung durch eine einzige Schwungmasse modellhaft dargestellt sind und die elastischen Rückstellelemente der Vorrichtung durch ein einziges elastisches Rückstellelement modellhaft dargestellt sind, kann das einzige elastische Rückstellelement einen Steifigkeitskoeffizienten zwischen 0,1 Nm/° und 10 Nm/° aufweisen, wobei es beispielsweise bis auf 10% gleich 1 Nm/° ist. Das Trägheitsmoment der Vorrichtung kann in diesem Fall zwischen 0,001 kg.m² und 0,1 kg.m² betragen, wobei es beispielsweise bis auf 10% gleich 0,01 kg.m² ist. Dieser Steifigkeitskoeffizient, ausgedrückt in Nm/°, entspricht also dem Proportionalitätskoeffizienten, der das oben erwähnte Proportionsverhältnis herstellt. Auch kann, gemäß diesem Modell mit einer einzigen Schwungmasse und einem einzigen elastischen Rückstellelement, der Steifigkeitskoeffizient des einzigen elastischen Rückstellelements größer als 1 N/mm, insbesondere größer als 10 N/mm, sein.
Die Bewegung bei Drehung des Trägers wird durch Torsionsschwingungen bewirkt, denen der Träger ausgesetzt ist. Dank dieser Konfiguration der Vorrichtung kann die durch jedes elastische Rückstellelement auf die entsprechende Schwungmasse ausgeübte Kraft mindestens annähernd proportional der Winkelbewegung des mit dieser Schwungmasse von jedem elastischen Rückstellelement verbundenen Endes sein. Damit kann eine Dämpfungsvorrichtung erhalten werden, deren Resonanzfrequenz auf Dauer stabil bleibt, und zwar unabhängig von der Temperatur. Es ist somit eine Vorrichtung oder ein Tilger verfügbar, die relativ stabile Filtereigenschaften aufweist.
Das Fahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen mit einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor. Wenn sich dieser Motor mit einer Drehzahl zwischen 600 U/min und 2000 U/min dreht, beträgt die Frequenz der Torsionsschwingungen, die mit Hilfe der Vorrichtung gefiltert werden sollen, insbesondere zwischen 5 Hz und 20 Hz, wobei sie insbesondere in der Größenordnung von 10 Hz oder 15 Hz liegen. Die insbesondere einzige Resonanzfrequenz der Vorrichtung liegt nun zwischen 5 Hz und 20 Hz, wobei sie insbesondere in der Größenordnung von 10 Hz oder 15 Hz liegt.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung:

– bedeutet „radial” „in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Trägers und in eine Richtung, die die Drehachse schneidet”,
– bedeutet „axial” „entlang einer Richtung parallel zur Drehachse des Trägers”,
– bedeutet „winklig” „um die Drehachse des Trägers”,
– ist ein Ende des elastischen Rückstellelements mit einer Schwungmasse verbunden, wenn es direkt oder indirekt an dieser Schwungmasse befestigt ist,
– bezeichnet die „Ruhestellung einer Schwungmasse” die Position dieser Schwungmasse, bevor sich der Träger auf Grund der Torsionsschwingungen in Drehung bewegt, wobei die Schwungmasse in dieser Ruhestellung einer Fliehkraft ausgesetzt sein kann,
– ist unter „Winkelwert” der Winkel, gemessen von der Drehachse des Trägers zwischen zwei Positionen, zu verstehen, die nacheinander von dem Ende des mit der Schwungmasse verbundenen elastischen Rückstellelements während seiner Bewegung bezüglich des Trägers eingenommen werden.

Jedes elastische Rückstellelement kann, direkt oder indirekt, mit nichts anderem als den zwei aneinandergrenzenden Schwungmassen, zwischen denen es angeordnet ist, verbunden sein. Die einzigen Befestigungen jedes elastischen Rückstellelements nach außen sind nun jene im Bereich jedes seiner Enden, die mit einer der Schwungmassen verbunden sind, denen dieses elastische Rückstellelement zugeordnet ist. Auf diese Weise wird vermieden, das Haltestück des Standes der Technik zu verwenden, an dem eines der Enden eines elastischen Rückstellelements befestigt ist, während sein anderes Ende an der Schwungmasse befestigt ist. Auf diese Weise wird die Kompaktheit der Vorrichtung verbessert, da es nicht mehr notwendig ist, auf dieses Haltestück zurückzugreifen.
Das elastische Rückstellelement umfasst beispielsweise mehrere Federn parallel oder in Serie.
Jedes elastische Rückstellelement kann gerade sein, d. h. sich um eine lineare Achse erstrecken, und ist also nicht gekrümmt. In einer Variante kann jedes elastische Rückstellelement gekrümmt sein.
Jedes elastische Rückstellelement kann eine einzige Feder umfassen, und, für zwei einer selben Schwungmasse zugeordnete elastische Rückstellelemente kann die Leerlänge der Feder eines dieser Rückstellelemente in Bezug zur Leerlänge der Feder des anderen elastischen Rückstellelements derart gewählt sein, dass Hysterese übertragen wird, wenn der Träger Torsionsschwingungen ausgesetzt ist.
Die elastischen Rückstellelemente können also, dank der Wahl ihrer Leerlängen, einen Hysteresegenerator bilden. Der Wert der Leerlänge von jeder Feder ist insbesondere größer oder gleich der Dimension, die dem Raum entspricht, der zwischen zwei Schwungmassen zur Aufnahme dieser Feder verfügbar ist, wenn sich die Vorrichtung in der Ruhestellung befindet.
Der in dem Träger ausgebildete Sitz kann eine solche Form aufweisen, dass wenn sich die diesem Sitz zugeordnete Schwungmasse bezüglich des Trägers auf Grund einer Drehung des Trägers um die Achse bewegt, wobei diese Bewegung für jedes Ende, das mit der Schwungmasse von einem der elastischen Rückstellelemente verbunden ist, die der Schwungmasse zugeordnet sind, einer Bewegung eines Winkelwertes entspricht, der von einer Position des Endes gemessen wird, in dem sich die Schwungmasse in der Ruhestellung befindet, das elastische Rückstellelement auf diese Schwungmasse während dieser Bewegung eine Kraft ausübt, die mindestens annähernd proportional, insbesondere proportional, zu dem Winkelwert ist, der der Bewegung des mit der Schwungmasse verbundenen Endes zugeordnet ist.
Der Sitz weist zum Beispiel eine radial äußere Kontur auf, die eine konkave Form aufweist. Dieser Sitz kann auch eine radial innere Kontur aufweisen, die eine konvexe Form aufweist. Anders ausgedrückt, kann das Zusammenwirken dieser Konturen und des Verbindungselements den Erhalt des vorstehend erwähnten Verhältnisses zumindest annähernd proportional zwischen der Kraft und dem Winkelwert ermöglichen.
Das Verbindungselement kann mit jedem Schwungmassenteil so verbunden sein, dass ein fester axialer Abstand zwischen den beiden Schwungmassenteilen aufrechterhalten wird. Das Verbindungselement ist beispielsweise mit den Schwungmassenteilen vernietet. Das Verbindungselement darf keine relative Bewegung eines Schwungmassenteils in Bezug zum anderen Schwungmassenteil ermöglichen. Das Verbindungselement darf keinen Freiheitsgrad in Bezug zu den Schwungmassenteilen aufweisen, wobei es also starr mit diesen Schwungmassenteilen gekoppelt ist.
Gemäß einer Variante, wie im Folgenden zu sehen ist, kann das Verbindungselement lediglich einen festen axialen Abstand zwischen den beiden Schwungmassenteilen aufrechterhalten, wobei andere relative Bewegungen zwischen den beiden Schwungmassenteilen dennoch möglich sind. Das Verbindungselement braucht also nicht starr mit den Schwungmassenteilen gekoppelt zu sein, wobei es sich beispielsweise in Drehung in Bezug zu diesen letzteren bewegen kann.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung können die beiden Schwungmassenteile mittels zweier distinkter Verbindungselemente verbunden sein, wobei jedes Verbindungselement in einen durch den Träger definierten Sitz eingreift.
Die Sitze können distinkt sein, wobei jeder Sitz ein einziges Verbindungselement aufnimmt.
Diese beiden Sitze können winklig verschoben sein, wobei sie insbesondere die gleiche Form haben.
Die Bewegung von jeder Schwungmasse bezüglich des Trägers kann durch das Vorhandensein einer Anschlagposition für die Schwungmasse begrenzt sein und diese Anschlagposition kann darauf beruhen, dass das oder die der Schwungmasse zugeordneten Verbindungselemente gegen ein Winkelende des Sitzes zum Anschlag gebracht werden, der in dem Träger ausgebildet ist und das Verbindungselement aufnimmt.
Jedes Verbindungselement kann drehbeweglich um sich selbst in Bezug zu den Schwungmassenteilen sein, die es bei seiner Bewegung in dem Sitz verbindet. Die Drehung erfolgt also um eine fiktive Achse parallel zur Drehachse des Trägers, wobei sich diese fiktive Achse mit dem Verbindungselement bewegt, wenn sich das Verbindungselement in dem Sitz bewegt. In einem solchen Fall kann das Verbindungselement in dem Sitz zu einer Wälzbewegung gebracht werden, wenn es sich bewegt, ohne dass es sich auf den Schwungmassenteilen wälzt.
Wenn das Verbindungselement während seiner Bewegung in dem Sitz gegen die Konturen des Sitzes reibt, kann diese Drehung des Verbindungselements um sich selbst in dem Sitz nun bei der Bewegung der Schwungmasse relativ zum Träger das Hysteresemoment auf die Schwungmasse erzeugen, in Kombination oder unabhängig von der Wahl der Leerlängen der Federn der vorstehend erwähnten elastischen Rückstellelemente, und ermöglicht die Generierung der Hysterese. Gegebenenfalls kann die Wahl der vorstehend erwähnten Leerlängen diese Reibung begünstigen.
In einer Variante kann jedes Verbindungselement bei seiner Bewegung in dem Sitz drehfest um sich selbst in Bezug zu den Schwungmassenteilen sein. In einem solchen Fall wälzt das Verbindungselement nicht im dem Sitz wenn es sich bewegt. Das Verbindungselement führt in diesem Fall keinerlei Wälzbewegung bezüglich des Trägers oder der Schwungmassenteile aus. Die Bewegung des Verbindungselements bezüglich des Trägers ist damit zu derjenigen der Schwungmassenteile bezüglich des Trägers identisch. Gemäß dieser Variante kann ein Hysterese-Generator für die Bewegung von jeder Schwungmasse bezüglich des Trägers vorgesehen sein. Das mindestens eine der Verbindungselemente von zwei Schwungmassenteilen einer Schwungmasse kann ein Element tragen, das zwischen dem Träger und einem der Schwungmassenteile bei der relativen Bewegung dieser beiden Elemente zu liegen kommt, um Hysterese bei der Bewegung der Schwungmasse bezüglich des Trägers zu übertragen. Dieses Hysterese-erzeugende Element kann beispielsweise in Form einer gekrümmten Klaue vorliegen, die sich zwischen einem freien auf dem Träger aufliegenden Ende und einem Befestigungsende auf dem Verbindungselement erstreckt, wobei dieses Befestigungsende beispielsweise einen Kragen ausbildet, der eine Öffnung definiert, die dazu geeignet ist, das Verbindungselement aufzunehmen, beispielsweise für eine kraftschlüssige Montage des Hysterese-erzeugenden Elements an dem Verbindungselement.
Gemäß dieser Variante kann jede Schwungmasse verschiedenen Typen von Verbindungselementen zugeordnet sein,

– mindestens ein erstes Verbindungselement, beispielsweise zwei erste Verbindungselemente, mit der einzigen Funktion, einen festen axialen Abstand zwischen den beiden Schwungmassenteilen zu halten, und
– mindestens ein zweites Verbindungselement, beispielsweise ein einziges zweites Verbindungselement, mit der Funktion, einen festen axialen Abstand zwischen den beiden Schwungmassenteilen zu halten und auch Hysterese bei der Bewegung der Schwungmasse zu verleihen, dank des Hysterese-erzeugenden Elements, das es trägt.

Das zweite Verbindungselement kann in einer zur Achse senkrechten Ebene einen Querschnitt aufweisen, der größer ist als der des ersten Verbindungselements, und dieses zweite Verbindungselement kann nun in den Sitz in dem Träger eingreifen, der mit Dimensionen versehen ist, die größer sind als diejenigen eines Sitzes, in den ein erstes Verbindungselement eingreift.
In einer anderen Variante, in der ein Hysterese-erzeugendes Element vorgesehen ist, wie vorstehend erwähnt, kann das erste Verbindungselement jeweils drehbeweglich um sich selbst in Bezug zu den beiden Schwungmassenteilen, die es verbindet, sein, beispielsweise über Lager, derart, dass diese beiden Schwungmassenteile gegenseitig fixiert, jedoch gegenseitig drehbeweglich sind. Jedes elastische Rückstellelement kann in einer Öffnung des Träger aufgenommen sein. Diese Öffnung kann speziell für ein elastisches Rückstellelement vorgesehen sein und sie kann eine Winkeldimension aufweisen, die größer ist als die Leerlänge des elastischen Rückstellelements, derart, dass das elastische Rückstellelement an seinen Winkelenden nicht mit dem Träger in Kontakt kommt.
Das elastische Rückstellelement und die Öffnung des Trägers, die dieses elastische Rückstellelement aufnimmt, können so gearbeitet sein, dass das elastische Rückstellelement niemals mit dem Träger in Kontakt ist, weder wenn sich die Vorrichtung in der Ruhestellung befindet, noch bei der Bewegung der Schwungmasse bezüglich des Trägers. Der Kontakt zwischen elastischen Rückstellelementen und Träger erfolgt also indirekt über die Schwungmassen. Hierfür ist die radiale Dimension der Öffnung beispielsweise größer als diejenige des elastischen Rückstellelements.
Als Variante kann das elastische Rückstellelement in Reibungskontakt mit dem Träger kommen, wenn sich die Schwungmasse bezüglich des Trägers bewegt.
Jede Schwungmasse kann an ihren Winkelenden ein axiales und winkliges Halteelement des Teils definieren, der das Ende des mit der Schwungmasse verbundenen elastischen Rückstellelements enthält. Jedes Rückstellelement kann somit ausschließlich mit den Schwungmassen in Kontakt sein, zwischen denen es angeordnet ist.
Dieses axiale und winklige Halteelement des Teils, der das Ende des mit der Schwungmasse verbundenen elastischen Rückstellelements umfasst, wird beispielsweise von einer axialen an jedem Winkelende eines Schwungmassenteils ausgebildeten Aussparung gebildet. Diese axiale Aussparung befindet sich beispielsweise in einem axialen Abstand vom Träger, der größer ist als der Abstand zwischen dem Rest des Schwungmassenteils und dem Träger. Jede dieser Aussparungen erstreckt sich beispielsweise axial hinsichtlich des Teils, der das Ende des elastischen Rückstellelements umfasst.
Die axiale Aussparung braucht nicht über die gesamte radiale Dimension des Winkelendes vorgesehen zu sein, das dem Schwungmassenteil entspricht, sondern einzig auf dem radial inneren Teil dieses Endes. Anders gesagt, erstreckt sich die axiale Aussparung nicht von der radial inneren Kontur zur radial äußeren Kontur des Schwungmassenteils an seinem Winkelende.
Jede axiale Aussparung kann eine radiale Dimension aufweisen, die größer ist als diejenige der Öffnung des Trägers, der das elastische Rückstellelement aufnimmt.
Die elastischen Rückstellelemente, insbesondere die Leerlänge der Feder, die Teil dieser Elemente ist, und/oder die Sitze, insbesondere ihre Form, können so sein, dass wenn die Schwungmasse aus ihrer Ruhestellung schwingt, sich der Abstand zwischen der Drehachse des Trägers und jedem mit der Schwungmasse verbundenen Ende von einem der Rückstellelemente, die der Schwungmasse zugeordnet sind, verringert.
Diese Konfiguration der elastischen Rückstellelemente und/oder der Sitze kann es insbesondere ermöglichen, dass wenn die Schwungmasse aus ihrer Ruhestellung schwingt, jedes mit der Schwungmasse verbundene Ende von einem der elastischen Rückstellelemente, die der Schwungmasse zugeordnet sind, eine Spirale, insbesondere eine Archimedische Spirale beschreibt. Letztere hat als Gleichung in Polarkoordinaten ρ = a × θ + b
In einem solchen Fall wird eine größere Stabilität der Resonanzfrequenz der Vorrichtung, insbesondere dieser einzigen Resonanzfrequenz sichergestellt. Die vorstehend erwähnte mindestens annähernd proportionale Beziehung wird nun genau proportional.
Bei allem Vorgenannten kann die Vorrichtung parallel sein zum eingeschlagenen Weg des Moments während seiner Übertragung im Antriebsstrang. Die Vorrichtung „sieht” beispielsweise nur die vorstehend erwähnten Torsionsschwingungen.
Gegenstand der Erfindung ist nach einem anderen Aspekt noch ein Fahrzeug-Antriebsstrang, umfassend eine Vorrichtung wie vorstehend definiert.
Im Nachfolgenden sind „stromaufwärts” und „stromabwärts” in Bezug zur Richtung der Übertragung eines Drehmoments vom Verbrennungsmotor des Fahrzeugs bis zu den Rädern des Fahrzeugs zu verstehen.
Die Vorrichtung kann stromaufwärts, insbesondere unmittelbar stromaufwärts, zur mechanischen Brücke des Antriebsstrangs angeordnet sein.
Als Variante kann die Vorrichtung stromaufwärts, insbesondere unmittelbar stromaufwärts, zu einem der Räder des Fahrzeugs angeordnet sein.
Als weitere Variante kann die Vorrichtung stromabwärts, insbesondere unmittelbar stromabwärts, zum Getriebe des Fahrzeugs angeordnet sein.
Als weitere Variante kann die Vorrichtung angeordnet sein sowohl:

– stromabwärts zu einem elastischen Rückstellelement, das mit dem primären Schwungrad verbunden ist, das beispielsweise Teil des Verbrennungsmotors des Antriebsstrangs ist, als auch
– stromaufwärts zu einem weiteren elastischen Rückstellelement, das den Eingang des Getriebes bildet.

Die Erfindung kann durch die Lektüre der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen derselben und durch das Studium der beiliegenden Zeichnung besser verstanden werden. Es zeigen:
1 eine Frontalansicht einer Vorrichtung gemäß einem ersten Einsatzbeispiel der Erfindung wenn sich diese Vorrichtung in der Ruhestellung befindet,
2 einen Teil von 1,
die 3 bis 5 Ansichten entsprechend der von 2, die jeweils einen Teil der Vorrichtung der 1 in der Ruhestellung zeigen, wenn sich die Schwungmasse bezüglich des Trägers bewegt und wenn die Schwungmasse aus dieser Bewegung in die Anschlagposition gelangt,
6 eine Ansicht entsprechend 2 einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
die 7 und 8 Ansichten entsprechend den 2 und 6 einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 1 ist eine Dämpfungsvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei sich die Vorrichtung in Ruhestellung befindet, d. h. nicht durch Torsionsschwingungen verschoben ist.
Diese Dämpfungsvorrichtung 1 wird in dem Beispiel in der Konfiguration betrachtet, um die Filterung der Torsionsschwingungen an der mechanischen Brücke des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs zu ermöglichen. In dem betrachteten Beispiel ist das Fahrzeug ein Personenwagen, dessen Motor vier Zylinder umfasst. Die Dämpfungsvorrichtung kann in diesem Beispiel eine Resonanzfrequenz von etwa 10 Hz für Drehzahlen des Motors zwischen 600 U/min und 2000 U/min aufweisen, wobei dieser Wert besonders für die mechanische Brücke geeignet ist. Die vorstehende Resonanzfrequenz ist insbesondere die einzige Resonanzfrequenz der Dämpfungsvorrichtung.
Die Vorrichtung 1 umfasst einen um eine Achse X drehbeweglichen Träger 2. Dieser Träger 2 umfasst in dem betrachteten Beispiel in einer zur Achse X senkrechten Ebene eine im Wesentlichen kreisförmige Kontur 3 und eine radial innere ebenfalls im Wesentlichen kreisförmige Kontur.
Der Träger 2 umfasst in seiner Mitte eine Leerzone 5, die den Durchgang einer Welle des Antriebsstrangs ermöglicht. Diese Leerzone 5 ist außen durch die radial innere Kontur 4 des Trägers 2 begrenzt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Vielzahl von Schwungmassen 14. In dem beschriebenen Beispiel sind sechs Schwungmassen 14 vorgesehen. Diese Schwungmassen 14 folgen sich gegenseitig beim Bewegen um die Achse X.
Jede Schwungmasse 14 umfasst zwei distinkte Schwungmassenteile wobei sich das eine der Schwungmassenteile axial auf einer ersten Seite des Trägers erstreckt und sich das andere Schwungmassenteil axial auf einer zweiten Seite des Trägers erstreckt, die der ersten entgegengesetzt ist. Somit liegt der Träger 2 lokal axial zwischen den beiden Schwungmassenteilen einer Masse 14. In dem Beispiel der 1 sind zur Übersichtlichkeit der Zeichnung alle Schwungmassenteile, die axial auf einer ersten Seite des Trägers angeordnet sind, transparent dargestellt.
Jedes Schwungmassenteil weist in der Ebene der 1 eine radial innere im Wesentlichen kreisförmige Kontur 15 und eine radial äußere ebenfalls im Wesentlichen kreisförmige Kontur 16 auf.
Die Schwungmassen 14 sind hier identisch und erstrecken sich auf einem von der Drehachse X gemessenen Winkelsektor, der zwischen 50° und 70° liegt. Jede Schwungmasse wiegt beispielsweise 166 g, wobei die Schwungmassen 14 der Vorrichtung 1 insgesamt 1 kg wiegen.
Die beiden Teile einer gleichen Schwungmasse 14 sind in dem Beispiel von 1 miteinander über Verbindungselemente 18 verbunden, die hier Nieten sind. Die Nieten 18 können mit jedem Schwungmassenteil starr gekoppelt sein. Wenn diese starre Kopplung existiert, weisen die Schwungmassenteile untereinander keinerlei Relativbewegung auf.
In dem betrachteten Beispiel sind jeder Schwungmasse 14 zwei Nieten 18 zugeordnet. Jede dieser Nieten 18 ist in einem Sitz 20 aufgenommen, der in Inneren des Trägers 2 eingerichtet ist, wobei dieser Sitz 20 zu einer einzigen Niete 18 gehört. Die Sitze 20 sind in dem beschriebenen Beispiel winkelversetzt und weisen identische Formen auf. Jeder Sitz 20 erstreckt sich zwischen zwei Winkelenden 21.
Jeder Sitz 20 weist eine radial äußere Kontur 22 von konkaver Form und eine radial innere Kontur 23 von konvexer Form auf. Eine axiale Aussparung 25 ist auf dem radial inneren Teil von jedem Winkelende 24 eines Schwungmassenteils vorgesehen, wobei diese axiale Aussparung in einem axialen Abstand vom Träger 2, der größer ist als der Abstand zwischen dem Rest des Schwungmassenteils und dem Träger 2, angeordnet ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst auch eine Vielzahl von elastischen Rückstellelementen 30, wobei jedes elastische Rückstellelement 30 zwischen zwei nebeneinander liegenden Schwungmassen 14 liegt. In dem betrachteten Beispiel umfasst jedes elastische Rückstellelement 30 eine einzige Feder 31. Jede Feder 31 erstreckt sich zwischen zwei Winkelenden 32, wobei jedes Winkelende 32 mit zwei Schwungmassenteilen von einer der beiden nebeneinander liegenden Schwungmassen 14 verbunden ist. Jede Feder 31 ist in einer in dem Träger 2 vorgesehenen Öffnung 35 angeordnet. Die parallel zur Achse der Feder 31 gemessene Dimension dieser Öffnung 35 ist hier größer als der Leerabstand zwischen den beiden Winkelenden 32 der Federn 31.
Als Variante kann die Öffnung 35 des Trägers als Anschlag für das Ende des Verlaufs der Federn 31 dienen.
3 unterscheidet sich von 2 dadurch, dass bestimmte Schwungmassenteile, die axial auf der ersten Seite des Trägers angeordnet sind, nicht transparent dargestellt sind.
Wie in den 2 und 3 zu sehen, weist jede Feder 31 folgendes auf:

– einen ersten Endabschnitt 40, der sich in der Öffnung 35 erstreckt und axial zwischen zwei axialen Aussparungen 25 einer Schwungmasse 14 an ihrem Winkelende 24 angeordnet und direkt oder indirekt an diesen Aussparungen 25 befestigt ist,
– einen zweiten Endabschnitt 41, der sich in der Öffnung 35 erstreckt und axial zwischen zwei axialen Aussparungen der daneben liegenden Schwungmasse an ihrem Winkelende 24 angeordnet und direkt oder indirekt an diesen Aussparungen befestigt ist, und
– einen Mittelabschnitt 42, der zwischen dem ersten 40 und dem zweiten 41 Endabschnitt angeordnet ist und sich in der Öffnung 35 außerhalb der axialen Aussparungen 25 erstreckt.

Die axialen Aussparungen 25, die einem gleichen Winkelende 24 einer Schwungmasse 14 zugeordnet sind, spielen hier die Rolle von axialen und radialen Haltelementen der elastischen Rückstellelement 30.
In dem betrachteten Beispiel ist jede Feder 31 mit nichts anderem als den Schwungmassenteilen der beiden Schwungmassen 14 verbunden, zwischen denen sie angeordnet ist. Jede Feder 31 ist durch einen Steifigkeitskoeffizienten k und eine Leerlänge 10 gekennzeichnet und wird auch als „vorgespannt” bezeichnet. Das einzige elastische Rückstellelement, das die Gesamtheit der elastischen Rückstellelemente 30 der Vorrichtung modellhaft darstellt und mit einer einzigen Schwungmasse wechselwirkt, die die Gesamtheit der Schwungmassen 14 der Vorrichtung modellhaft darstellt, weist beispielsweise einen Steifigkeitskoeffizienten von größer als 1 N/mm, insbesondere von größer als 10 N/mm auf.
Die Vorrichtung 1 bezweckt die Übertragung des azyklischen Moments, dem der Träger 2 im Falle von auf den Träger 2 angewandten Torsionsschwingungen unterliegt, auf die Schwungmassen 14, derart, dass eine Filterung dieser sich in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs ausbreitenden Torsionsschwingungen ermöglicht wird.
Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung 1 konfiguriert sein, damit, wenn sich eine der Schwungmassen 14 bezüglich des Trägers 2 auf Grund einer Drehung dieses Trägers 2 um die Achse X, die durch eine dieser Torsionsschwingungen eines Winkelwerts θ hervorgerufen wird, bewegt, der für jedes mit der Schwungmasse 14 verbundene Ende 32 der Feder 31 eines Rückstellelements 30, das der Schwungmasse zugeordnet ist, gemessen wird aus einer Position des Endes 32, die dem Zustand der Schwungmasse in der Ruhestellung entspricht, wie in 3 dargestellt, jedes dieser elastischen Rückstellelemente 30, die dieser Schwungmasse 14 zugeordnet sind, auf diese Schwungmasse 14 während dieser Bewegung eine Kraft ausübt, die mindestens annähernd proportional zu diesem Winkelwert θ ist.
4 stellt die Vorrichtung von 3 dar, wenn der Träger 2 Torsionsschwingungen ausgesetzt ist. Wie zu sehen ist, haben sich die Enden 32 von jeder Feder 31 um einen Winkel θ, gemessen von der Rotationsachse X aus der Position, die sie in der Ruhestellung in 3 eingenommen hatten, bewegt. Bei dieser Bewegung der Schwungmassen 14 bewegt sich jedes Verbindungselement 18 in dem Sitz 20, das letzterem zugeordnet ist, wobei es bei dieser Bewegung durch die radial innere Kontur 22 des Sitzes 20 einerseits und durch die radial äußere Kontur 23 des Sitzes 20 andererseits radial geführt wird.
5 stellt die Vorrichtung von 4 dar, jedoch befinden sich die Schwungmassen 14 in einer Anschlagposition für ihre Bewegung bezüglich des Trägers 2. Wie in 5 zu sehen, kommt jedes Verbindungselement 18 zum Anschlag gegen ein Winkelende 21 des Sitzes 20, dem es zugeordnet ist.
In dem betrachteten Beispiel ermöglichen es die Form der radial inneren Kontur 22 und die Form der radial äußeren Kontur 23 von jedem Sitz 20, dass sich jedes direkt oder indirekt mit der Schwungmasse 14 verbundene Ende 32 der Federn 31 der elastischen Rückstellelemente 30, die der Schwungmasse 14 zugeordnet sind, jeweils der Schwingung der Achse X annähert.
Diese Konturen 22 und 23 weisen beispielsweise solche Formen auf, dass jedes dieser Enden 32 während der Schwingungen der Schwungmasse 14 aus ihrer Ruhestellung eine Archimedische Spirale durchläuft. In diesem Fall übt jedes elastische Rückstellelement 30, das einer Schwungmasse 14 zugeordnet ist, auf diese Schwungmasse 14 während dieser Schwingung eine zum vorstehend erwähnten Winkelwert θ proportionale Kraft aus. Der Proportionalitätskoeffizient zwischen der Kraft, die von dem einzigen elastischen Rückstellelement ausgeübt wird, das die Gesamtheit der elastischen Rückstellelemente 30 der Vorrichtung modellhaft darstellt, und dem Winkelwert für die einzige Schwungmasse, die die Gesamtheit der Schwungmassen 14 der Vorrichtung modellhaft darstellt, kann zwischen 0,1 Nm/° und 10 Nm/° liegen, und ist bis auf 10% gleich 1 Nm/°.
Unabhängig von oder in Kombination mit der Wahl der Form der radial inneren 22 und radial äußere 23 Konturen der Sitze 20 kann für zwei elastische Rückstellelemente 30, die einer gleichen Schwungmasse 14 zugeordnet sind, die Leerlänge der Feder 31 von einem dieser elastischen Rückstellelemente 30 in Bezug zur Leerlänge der Feder 31 des anderen elastischen Rückstellelements 30 so gewählt werden, dass bei der Bewegung der Schwungmasse 14 bezüglich des Trägers 2 Hysterese übertragen wird.
In dem mit Bezug auf die 1 bis 5 beschriebenen Beispiel kann sich jede Niete 18 bei ihrer Bewegung in dem zugehören Sitz 20 um sich selbst um eine fiktive Achseparallel zur Achse X des Trägers 2 drehen, wobei sich diese fiktive Achse mit der Niete 18 bewegt.
Als Variante bewegt sich jede Niete 18, oder allgemeiner jedes Verbindungselement, nicht in Drehung um sich selbst bei seiner Bewegung in dem Sitz 20, wie es nun gemäß einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den 6 bis 8 erläutert ist, zu sehen ist.
In 6 ist eine Vorrichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zu sehen, das sich von demjenigen, das unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben wurde, dadurch unterscheidet, dass jeder Schwungmasse 14 drei Nieten 18 zugeordnet sind. Jede dieser Nieten 18 wird in einem eigens dafür vorgesehenen Sitz 20 aufgenommen, der im Inneren des Trägers 2 eingerichtet ist.
Zwei dieser Nieten 18 sind strukturell untereinander und zu denjenigen, die unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben wurden, identisch und bilden einen ersten Typ von Nieten, der allein dazu ausgelegt ist, die beiden Schwungmassenteile zu verbinden.
Die dritte Niete 18, die hier winklig von den beiden anderen Nieten 18 umgeben ist, weist einen größeren Querschnitt in der Ebene der Figur auf. Diese Niete 18 definiert einen zweiten Typ von Niete, der zusätzlich dazu dient, die beiden Schwungmassenteilen einer Schwungmasse 14 zu verbinden, um Hysterese für die Bewegung der Schwungmasse bezüglich des Trägers 2 zu übertragen. Hierzu trägt diese Niete 18 ein Hysterese-erzeugendes Element 70. Dieses Hysterese-erzeugende Element 70 findet sich in dem dargestellten Beispiel in der Form einer gekrümmten Klaue 71, die sich zwischen einem freien, auf dem Träger 2 aufliegenden Ende und einem Befestigungsende 72 an der Niete 18 erstreckt. Das Ende 72 formt hier einen Kragen, der eine Öffnung 74 definiert, die dazu ausgelegt ist, die Niete 18 zur kraftschlüssigen Montage an letzterer aufzunehmen.
Die 7 und 8 stellen ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Gemäß diesem dritten Beispiel ist ein Hysterese-erzeugendes Element 70 ähnlich demjenigen, das unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde, vorhanden. Nach wie vor gemäß diesem dritten Beispiel, sind die Verbindungselemente 18, die dazu ausgelegt sind, die beiden Schwungmassenteile zu verbinden, nicht an jedes Schwungmassenteil angenietet, sondern werden in Lagern 80 aufgenommen, die in jedem Schwungmassenteil angeordnet sind. Diese Verbindungselemente ermöglichen es demnach nur, einen axialen Abstand konstant zwischen den beiden Schwungmassenteilen einer Schwungmasse 14 zu halten, wobei diese beiden Schwungmassenteile relativ zueinander drehbeweglich sind.
Die Erfindung ist nicht auf die gerade beschriebenen Beispiele beschränkt.
Jedes Verbindungselement 18 kann in der Form eines strahlförmigen Abstandshalters vorliegen, d. h. mit ein Abstandshalter mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Drehachse, derart, dass der auf das Verbindungselement ausgeübte Kontaktdruck verringert wird.
Jedes Verbindungselement kann in einer Variante durch einen in Bezug zur Masse angelenkten Gleitschuh gebildet werden.
Die Vorrichtung 1 kann zudem im Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordnet sein.
Die gemäß einem der Ausführungsbeispiele beschriebene Vorrichtung kann insgesamt einen Kraftaufwand von 10 Nm zur Verringerung der Torsionsschwingungen, d. h. ein Hysteresemoment von 20 Nm erzeugen.
Das Trägheitsmoment der Vorrichtung, d. h. unter Berücksichtigung sämtlicher Schwungmassen und sämtlicher elastischer Rückstellelemente der Vorrichtung, kann zwischen 0,001 kg.m² und 0,1 kg.m² liegen und ist beispielsweise bis auf 10% gleich 0,01 kg.m².
Der Ausdruck „umfassend ein” muss als Synonym für den Ausdruck „umfassend mindestens ein” verstanden werden, es sei denn, es ist anderweitig angegeben.

Claims

Dämpfungsvorrichtung (1) für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend: – einen um eine Achse (X) drehbeweglichen Träger (2), – eine Vielzahl von winkelverschoben aufeinanderfolgenden Schwungmassen (14), wobei jede Schwungmasse (14) zwei distinkte Schwungmasseneile umfasst, wobei sich eines der Schwungmassenteile axial auf einer ersten Seite des Trägers (2) erstreckt und sich das andere Schwungmassenteil axial auf einer zweiten Seite des Trägers (2), die der ersten Seite gegenüber liegt, erstreckt, wobei die zwei Schwungmassenteilen über mindestens ein Verbindungselement (18), das in einen durch den Träger (2) definierten Sitz (20) eingreift, verbunden sind, – eine Vielzahl von elastischen Rückstellelementen (30), wobei jedes elastische Rückstellelement (30) zwischen zwei nebeneinander liegenden Schwungmassen (14) angeordnet ist und zwei Winkelenden (32) aufweist, die jeweils mit einer Schwungmassen (14) verbunden sind, wobei die Vorrichtung (1) Wälzelement-frei ist sowohl in Bezug zu dem Träger (2) als auch in Bezug zu den Schwungmassen (14).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens eines: – der elastischen Rückstellelemente (30), und – der vom Träger (2) definierten Sitze (20) derart ist, dass wenn sich eine der Schwungmassen (14) bezüglich des Trägers (2) auf Grund einer Drehung des Trägers (2) um die Achse (X) bewegt, wobei diese Bewegung für jedes mit der Schwungmasse (14) verbundene Ende (32) eines der elastischen Rückstellelemente (30), die der Schwungmasse (14) zugeordnet sind, einer Bewegung um einen Winkelwert (θ) entspricht, welcher ausgehend von einer Position des Endes (32), bei der die Schwungmasse (14) in Ruhestellung ist, gemessen wird, das elastische Rückstellelement (30) auf diese Schwungmasse (14) während dieser Bewegung eine Kraft ausübt, die mindestens annähernd proportional zu dem Winkelwert (8) ist, welcher der Bewegung des mit der Schwungmasse (14) verbundenen Endes (32) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes elastische Rückstellelement (30) mit nichts anderem als mit zwei nebeneinander liegenden Schwungmassen (14), zwischen denen es angeordnet ist, verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes elastische Rückstellelement (30) eine einzige Feder (31) umfasst und, für zwei elastische Rückstellelemente (30), die einer gleichen Schwungmasse (14) zugeordnet sind, die Leerlänge der Feder (31) von einem dieser elastischen Rückstellelemente (30) in Bezug zur Leerlänge der Feder (31) des anderen elastischen Rückstellelements (30) so gewählt ist, dass bei der Bewegung der Schwungmasse (14) bezüglich des Trägers (2) Hysterese übertragen wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der in dem Träger (2) vorgesehene Sitz (20) eine solche Form aufweist, dass wenn sich die diesem Sitz (20) zugeordnete Schwungmasse (14) bezüglich des Trägers (2) auf Grund einer Drehung des Trägers (2) um die Achse (X) bewegt, wobei diese Bewegung für jedes mit der Schwungmasse (14) verbundene Ende (32) von einem der elastischen Rückstellelemente (30), die der Schwungmasse (14) zugeordnet sind, einer Bewegung um einen Winkelwert (θ) entspricht, der ausgehend von einer Position des Endes (32) gemessen wird, in der sich die Schwungmasse (14) in Ruhestellung befindet, das elastische Rückstellelement (30) auf diese Schwungmasse (14) während dieser Bewegung eine Kraft ausübt, die mindestens annähernd proportional zu dem Winkelwert (θ) ist, der der Bewegung des mit der Schwungmasse (14) verbundenen Endes (32) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden Schwungmassenteile über zwei distinkte Verbindungselemente (18) verbunden sind, wobei jedes Verbindungselement (18) in einen durch den Träger (2) definierten Sitz (20) eingreift.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zwei Sitze (20) winkelverschoben sind, wobei sie insbesondere die gleiche Form haben.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes Verbindungselement (18) drehbeweglich um sich selbst relativ zu den Schwungmassenteilen während seiner Bewegung in dem Sitz (20) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jedes Verbindungselement (18) drehfest um sich selbst in Bezug zu den Schwungmassenteilen während seiner Bewegung in dem Sitz (20) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes elastische Rückstellelement (30) in einer Öffnung (35) des Trägers (2) aufgenommen ist.
Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, wobei jede Schwungmasse (14) im Bereich ihrer Winkelenden (24) ein axiales und radiales Halteelement des Teils (40, 41) definiert, der das Ende (32) des mit der Schwungmasse verbundenen elastischen Rückstellelements (30) enthält.
Vorrichtung nach dem vorangehenden Anspruch, wobei jedes Schwungmassenteil im Bereich seines Winkelendes (24) eine axiale Aussparung (25) aufweist, die ein Teil des axialen und radialen Halteelements definiert.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elastischen Rückstellelemente (30) und/oder die Sitze (20) so sind, dass wenn die Schwungmasse (14) aus ihrer Ruhestellung schwingt, der Abstand zwischen Drehachse (X) des Trägers (2) und jedem mit der Schwungmasse (14) verbundenen Ende (32) von einem der Rückstellelemente (30), die der Schwungmasse (14) zugeordnet sind, abnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die elastischen Rückstellelemente (30) und/oder die Sitze (20) so sind, dass wenn die Schwungmasse (14) aus ihrer Ruhestellung schwingt, jedes mit der Schwungmasse (14) verbundene Ende (32) von einem der elastischen Rückstellelemente (30), die der Schwungmasse (14) zugeordnet sind, eine Archimedische Spirale beschreibt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das elastische Rückstellelement, das die elastischen Rückstellelemente (30) der Vorrichtung modellhaft darstellt, einen Steifigkeitskoeffizienten von größer als 1 N/mm, insbesondere von größer als 10 N/mm aufweist.
Fahrzeug-Antriebsstrang, umfassend eine Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.