DE19704517A1 - Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang - Google Patents
Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Drehschwingungen in einem AntriebsstrangInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehschwingungsdämp
fungsvorrichtung zum Dämpfen von Drehschwingungen in einem
Antriebsstrang, über welchen das Ausgangsdrehmoment einer
Brennkraftmaschine in einer Antriebskraftflußrichtung auf An
triebsräder eines Kraftfahrzeugs übertragen wird, umfassend
eine mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zur Drehung
um eine Drehachse gekoppelte erste Schwungmassenanordnung, ei
ne zweite Schwungmassenanordnung, die mit der ersten Schwung
massenanordnung zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse und
zur Relativdrehung bezüglich der ersten Schwungmassenanordnung
über eine Federvorrichtung gekoppelt ist, wenigstens eine
dritte Schwungmassenanordnung, welche mit dem Antriebsstrang
zur Drehung um die Drehachse in der Antriebskraftflußrichtung
vor der Federvorrichtung gekoppelt ist.
Eine derartige Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung ist aus der
deutschen Offenlegungsschrift DE 195 17 605 A1 bekannt. Dreh
schwingungsdämpfungsvorrichtungen haben die Aufgabe, die im
Betrieb eines Kraftfahrzeugs auftretenden Drehungleichförmig
keiten im Antriebsstrang zu mindern oder vollständig zu unter
drücken. Derartige Drehumgleichförmigkeiten entstehen bei
spielsweise durch den unrunden Lauf von Brennkraftmaschinen
und werden auf den ganzen Antriebsstrang übertragen, was zu
einem unangenehmen Fahrgefühl führen kann. Bei der aus der DE 195 17 605 A1
bekannten Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung
ist als eine erste Schwungmassenanordnung das Eingangsteil ei
nes Torsionsschwingungsdämpfers mit der Kurbelwelle drehfest
verbunden. Das Ausgangsteil des Torsionsschwingungsdämpfers,
welches einerseits die zweite Schwungmassenanordnung bildet
und andererseits das Schwungrad für eine Reibungskupplung bil
det, ist mit dem Torsionsdämpfereingangsteil durch Torsions
dämpfungsfedern verbunden und somit bezüglich diesem und mit
diesem um die Drehachse drehbar. Es ist ferner auf der Kurbel
welle eine dritte Schwungmassenanordnung drehbar gelagert, die
mit dem Torsionsschwingungsdämpfer-Eingangsteil, d. h. der er
sten Schwungmassenanordnung, über ein Planetengetriebe gekop
pelt ist. Ein Planetenträger ist dabei an einem festen Gehäu
sebauteil drehfest gehalten, das Torsionsschwingungsdämpfer-
Eingangsteil bildet ein Hohlrad und an der dritten Schwungmas
senanordnung ist ein Sonnenrad angeordnet, so daß durch das
Planetengetriebe die Drehzahl der Kurbelwelle auf die dritte
Schwungmassenanordnung erhöht übertragen und im Drehsinn umge
kehrt wird.
Derartige Drehschwingungsdämpfungsvorrichtungen führen jedoch
zu dem Problem, daß insbesondere in dem Bereich höherer Dreh
zahlen aufgrund des durch sie gebildeten relativ hohen Massen
trägheitsmoments die Brennkraftmaschine auf durch einen Fahrer
beabsichtigte Drehzahländerungen schlechter anspricht, da die
zusätzliche Masse beschleunigt bzw. verzögert werden muß.
Aus der DE-36 43 272-A1 ist eine Drehschwingungsdämpfungsvor
richtung bekannt, bei der eine zusätzliche Dämpfungsmasse dreh
antriebsmäßig mit einer Kupplungsausgangswelle, d. h. einer
Getriebeeingangswelle, gekoppelt ist. Im Antriebsstrang ist
bei dieser bekannten Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung in
einer Kupplungsscheibe ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgese
hen, bei dem zwei relativ zueinander drehbare Teile über Fe
dern aneinander gelagert und somit bezüglich einander zur
Schwingungsdämpfung verdrehbar sind. Das heißt, bei dieser be
kannten Vorrichtung liegt die zusätzliche Dämpfungsmasse im
Antriebsstrang in der Antriebskraftflußrichtung hinter der Fe
dervorrichtung des Torsionsschwingungsdämpfers und beeinträch
tigt somit im wesentlichen das Schwingungsverhalten des auf
diesen Torsionsschwingungsdämpfer folgenden Abschnitt des An
triebsstrangs. Aus diesem Dokument ist es ferner bekannt, bei
Überschreiten einer bestimmten Drehzahl die zusätzliche Dämp
fungsmasse von der Getriebeeingangswelle abzukoppeln, um somit
die die Kopplung zwischen der zusätzlichen Dämpfungsmasse und
der Getriebeeingangswelle herstellenden Reibflächen bei
Schaltvorgängen und der Getriebesynchronisation zu entlasten.
Es ist jedoch bei dieser bekannten Drehschwingungsdämpfungs
vorrichtung ferner vorgesehen, daß nach dem Abkoppeln der zu
sätzlichen Dämpfungsmasse von der Getriebeeingangswelle und
einem geringfügig weiteren Ansteigen der Drehzahl eine Ankopp
lung der zusätzlichen Dämpfungsmasse an das mit der Kurbel
welle der Brennkraftmaschine drehfest verbundene Schwungrad
vorgenommen wird, um Komforteinbußen zu vermeiden. Es ist bei
dieser bekannten Vorrichtung also ein schmales Drehzahlfenster
vorgesehen, unterhalb welchem die zusätzliche Dämpfungsmasse
mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt ist, und oberhalb wel
chem die zusätzliche Dämpfungsmasse an das Schwungrad ange
koppelt wird, d. h. in der Antriebskraftflußrichtung vor der
Federvorrichtung des Torsionsschwingungsdämpfers mit dem An
triebsstrang gekoppelt ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dreh
schwingungsdämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Drehschwingun
gen in einem Antriebsstrang vorzusehen, welche eine gute Dämp
fungscharakteristik für die im Antriebsstrang entstehenden
Drehschwingungen aufweist, und welche eine übermäßige Beein
trächtigung des Leistungsvermögens einer Brennkraftmaschine
verhindert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Drehschwingungs
dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Drehschwingungen in einem
Antriebsstrang, über welchen das Ausgangsdrehmoment einer
Brennkraftmaschine in einer Antriebskraftflußrichtung auf An
triebsräder eines Kraftfahrzeugs übertragen wird, gelöst, um
fassend eine mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zur
Drehung um eine Drehachse gekoppelte erste Schwungmassenanord
nung, eine zweite Schwungmassenanordnung, die mit der ersten
Schwungmassenanordnung zur gemeinsamen Drehung um die Dreh
achse und zur Relativdrehung bezüglich der ersten Schwungmas
senanordnung über eine Federvorrichtung gekoppelt ist, wenig
stens eine dritte Schwungmassenanordnung, welche mit dem An
triebsstrang zur Drehung um die Drehachse in der Antriebs
kraftflußrichtung vor der Federvorrichtung gekoppelt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung
ist ferner vorgesehen, daß die wenigstens eine dritte Schwung
massenanordnung bei Erreichen eines vorbestimmten Betriebs
zustands von dem Antriebsstrang drehantriebsmäßig entkoppelbar
ist.
Durch die erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung
läßt sich eine Dämpfungscharakteristik erreichen, die an be
stimmte Betriebszustände angepaßt ist und somit in bestmögli
cher Art und Weise zur Wirkung gebracht werden kann. Da ferner
die betriebszustandsabhängige Änderung der Dämpfungscharak
teristik auf der Seite des Antriebsstrangs zur Wirkung kommt,
die unmittelbar mit der Kurbelwelle einer Maschine in Verbin
dung steht, ist darüber hinaus sichergestellt, daß insbeson
dere die in der Brennkraftmaschine auftretenden Drehmoment
schwankungen in starkem Ausmaß gedämpft werden.
Der vorbestimmte Betriebszustand kann beispielsweise umfassen:
- - ein vorbestimmtes Drehzahlniveau und/oder
- - einen vorbestimmten Relativdrehzustand zwischen der er sten und der zweiten Schwungmassenanordnung und/oder
- - einen vorbestimmten Drehzahländerungszustand und/oder
- - eine vorbestimmte Maschinenkühlmitteltemperatur, und/oder
- - einen vorbestimmten Drosselöffnungsänderungsraten-Betrag.
Beispielsweise ist bei Vorliegen eines vorbestimmten hohen
Drehzahlzustands das Auftreten von Drehmomentschwankungen in
der Brennkraftmaschine nicht mehr zu erwarten. Da in diesem
höheren Drehzahlbereich eine zusätzliche Dämpfungsmasse nicht
erforderlich ist, wird sie erfindungsgemäß abgekoppelt, so daß
auch das Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsverhalten der
Brennkraftmaschine dann nicht mehr beeinträchtigt ist. In dem
Drehzahlbereich unterhalb des vorbestimmten Drehzahlniveaus
ist die zusätzliche Schwungmasse angekoppelt und trägt somit
aufgrund des dann erhöhten Massenträgheitsmoments zur Dämpfung
von Drehschwingungen bei. Da bei der erfindungsgemäßen Dreh
schwingungsdämpfungsvorrichtung die zusätzliche Schwungmassen
anordnung in der Antriebskraftflußrichtung vor der Federvor
richtung angeordnet ist, kann sie in ungedämpfter Art und Wei
se die insbesondere in der Brennkraftmaschine erzeugten
Schwingungen dämpfen, so daß sie in größtmöglichem Ausmaß zur
Schwingungsdämpfung beitragen kann. Es können jedoch verschie
dene andere Betriebszustände herangezogen werden, um das Ab
koppeln bzw. Zukoppeln der wenigstens einen dritten Schwung
massenanordnung zu initiieren. Wenn beispielsweise auf einen
Relativdrehzustand zwischen der ersten und der zweiten
Schwungmassenanordnung zurückgegriffen wird, so können relativ
starke Drehmomentschwankungen, die wiederum im niedrigeren
Drehzahlbereich auftreten und zu einer großen Relativverdre
hung zwischen der ersten und der zweiten Schwungmassenanord
nung führen, bei Zukopplung der wenigstens einen dritten
Schwungmassenanordnung in einem derartigen Zustand gedämpft
werden, während dann, wenn zwischen der ersten und der zweiten
Schwungmassenanordnung nur eine relativ geringe Relativver
drehung vorliegt, was darauf hinweist, daß stärkere Drehmo
mentschwankungen nicht vorhanden sind, die Schwungmasse abge
koppelt werden kann. Weiter ist es möglich, die Beschleuni
gungsabsicht eines Fahrzeugfahrers durch Erfassen der Änderung
des Drosselöffnungsgrads zu erfassen und dann, wenn erkannt
wird, daß der Fahrer beschleunigen will, bereits vor dem Auf
treten einer Drehzahländerung der Maschine die wenigstens eine
dritte Schwungmassenanordnung abzukoppeln, so daß die wenig
stens eine dritte Schwungmassenanordnung nicht zusätzlich
beschleunigt werden muß und eine schnellstmögliche Drehzahl
änderung erreicht werden kann. Auch kann die Maschinenkühl
mitteltemperatur zur Bestimmung des vorbestimmten Betriebs
zustands herangezogen werden, da das Erreichen einer vorbe
stimmten Kühlmitteltemperatur anzeigt, daß die Maschine be
reits warmgelaufen ist, so daß in einem derartigen warmgelau
fenen Zustand der Maschine das Auftreten von stärkeren Dreh
momentschwankungen nicht zu erwarten ist.
Gemäß einer hinsichtlich des Aufbaus der erfindungsgemäßen
Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung besonders vorteilhaften
Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die wenigstens eine
dritte Schwungmassenanordnung zur Drehung um die Drehachse mit
der ersten Schwungmassenanordnung gekoppelt ist und von dieser
entkoppelbar ist.
Die drehzahlabhängige Zu- und Abkopplung der dritten Schwung
massenanordnung wird vorzugsweise durch zwischen einer Kopp
lungsstellung und einer Entkopplungsstellung verstellbare
Kopplungsmittel vorgenommen, welche Kopplungsmittel in Abhän
gigkeit vom Betriebszustand, insbesondere der Drehzahl, zwi
schen ihrer Kopplungsstellung und ihrer Entkopplungsstellung
verstellbar sind.
Vorteilhafterweise umfassen die Kopplungsmittel wenigstens ein
bezüglich der Drehachse radial verlagerbares Kopplungselement,
welches in seine Kopplungsstellung vorgespannt ist. Beispiels
weise kann vorgesehen sein, daß das wenigstens eine Kopplungs
element an der ersten Schwungmassenanordnung radial bewegbar
geführt ist und einen mit der wenigstens einen dritten
Schwungmassenanordnung in Kopplungseingriff bringbaren Kopp
lungsbereich umfaßt.
Um einen relativ sanften Kopplungs- und Entkopplungsvorgang zu
erhalten, wird vorgeschlagen, daß der Kopplungsbereich einen
Reibflächenbereich umfaßt, welcher in der Kopplungsstellung an
einem komplementären Reibflächenbereich an der dritten
Schwungmassenanordnung angreift.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß der Kopplungsbe
reich einen Kopplungsvorsprungsbereich oder Kopplungsausneh
mungsbereich umfaßt, welcher in der Kopplungsstellung mit
einem komplementären Kopplungsausnehmungs- bzw. Kopplungsvor
sprungsbereich an der dritten Schwungmassenanordnung in Um
fangsrichtung formschlüssig ineinandergreift. Bei einer der
artigen Ausbildung der Kopplung zwischen der dritten Schwung
massenanordnung und der ersten Schwungmassenanordnung wird ein
besonders fester Kopplungszustand erreicht, so daß auch bei
spontanen Drehmomentschwankungen ein Schupf zwischen der er
sten und der dritten Schwungmassenanordnung verhindert werden
kann.
Gemäß einer besonders einfachen Ausgestaltung kann vorgesehen
sein, daß das wenigstens eine Kopplungselement ein Fliehkraft-
Gewichtselement umfaßt, welches in seine Kopplungsstellung
nach radial einwärts vorgespannt ist. Dabei sorgt also die
Drehzahl des Antriebsstrangs selbst dafür, daß bei Überschrei
ten einer bestimmten Drehzahl die Fliehkraft so groß wird, daß
sie das wenigstens eine in die Kopplungsstellung vorgespannte
Kopplungselement radial nach außen verschieben und somit die
Kopplung lösen.
Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, daß
ferner Kopplungselement-Schaltmittel vorgesehen sind zum ge
steuerten Bewegen des wenigstens einen Kopplungselements zwi
schen einer Kopplungsstellung und einer Entkopplungsstellung.
Bei einer derartigen Ausgestaltung können dann Betriebszu
standserfassungsmittel vorgesehen sein zum Betätigen der Kopp
lungselement-Schaltmittel in Abhängigkeit von dem erfaßten Be
triebszustand.
Die Betriebszustandserfassungsmittel können umfassen:
- - Drehzahlerfassungsmittel und/oder
- - Drehbeschleunigungserfassungsmittel und/oder
- - Kopplungselement-Bewegungserfassungsmittel zum Erfassen eines Bewegungszustands des wenigstens einen Kopplungs elements und/oder Relativdrehzustand-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Relativdrehzustands zwischen der ersten und der zweiten Schwungmassenanordnung und/oder
- - Maschinenkühlmittel-Temperaturerfassungsmittel und/oder
- - Drosselöffnungsänderungsraten-Erfassungsmittel.
Durch das gesteuerte Bewegen des wenigstens einen Kopplungs
elements, beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl,
können aufgrund der Fliehkraftbetätigung möglicherweise ent
stehende Bewegungsschwankungen des wenigstens einen Kopplungs
elements kompensiert bzw. vermieden werden, so daß ein defi
niertes Umschalten zwischen der Kopplungsstellung und der Ent
kopplungsstellung erhalten wird. Insbesondere ist bei einer
derartigen Ausgestaltung an das Vorsehen einer Schalthysterese
zu denken, so daß Drehmomentschwankungen im Bereich des vor
bestimmten Drehzahlniveaus nicht zu einem ungewünschten, häu
fig wiederholten Koppel- bzw. Entkoppelvorgang führen.
Vorteilhafterweise bewegen die Kopplungselement-Schaltmittel
das wenigstens eine Kopplungselement durch elektrostatische
oder elektromagnetische Wechselwirkung oder dergleichen.
Das wenigstens eine Kopplungselement kann in besonders ein
facher Weise in seine Kopplungsstellung vorgespannt werden,
wenn die Vorspannung durch Federvorspannung erzeugt wird.
Um einerseits die Kopplungsfestigkeit zwischen der ersten und
der dritten Schwungmassenanordnung zu erhöhen, und um anderer
seits eine um die Drehachse symmetrische Massenverteilung zu
erhalten und somit die Erzeugung einer Unwucht zu vermeiden,
wird vorgeschlagen, daß eine Mehrzahl von in Umfangrichtung
mit im wesentlichen gleichmäßigem Abstand zueinander angeord
neten Kopplungselementen vorgesehen ist.
Die Vorspannung der mehreren Kopplungselemente in ihre jewei
lige Kopplungsstellung kann dann durch Zugfedermittel erhalten
werden, welche jeweils an in Umfangsrichtung unmittelbar be
nachbarten Kopplungselementen näherungsweise in Umfangsrich
tung angreifen, um diese nach radial einwärts vorzuspannen.
Dabei kann vorgesehen sein, daß jedes Kopplungselement ein
Kopplungsringsegment mit einer Umfangserstreckung von höch
stens 180°, vorzugsweise höchstens 170°, umfaßt.
Um bei der erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfungsvorrich
tung die dritte Schwungmassenanordnung zusätzlich als Schwin
gungstilger einsetzen zu können, wird vorgeschlagen, daß die
wenigstens eine dritte Schwungmassenanordnung ein erstes mit
der ersten Schwungmassenanordnung koppelbares oder gekoppeltes
Schwungmassenteil umfaßt sowie ein zweites Schwungmassenteil
umfaßt, welches unter Zwischenanordnung von Schwingungsdämp
fungsmitteln mit dem ersten Schwungmassenteil verbunden ist.
Beispielsweise können die Schwingungsdämpfungsmittel ein ela
stisch verformbares Dämpfungsmaterial, vorzugsweise einen
Kunststoffdämpfungsring, umfassen. Das heißt, ist die dritte
Schwungmassenanordnung mit dem Antriebsstrang zur Drehung ge
koppelt, so wirken die durch das elastisch verformbare Dämp
fungsmaterial miteinander gekoppelten ersten und zweiten Dämp
fungsteile als Dämpfungsabsorber, wobei die zur elastischen
Verformung des Dämpfungsmaterials erforderliche Energie zumin
dest teilweise als Wärme dissipiert wird und dann nicht mehr
in den Antriebsstrang zurückgeleitet wird.
Eine besonders kompakte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung kann erhalten werden, wenn
die dritte Schwungmassenanordnung im wesentlichen vollständig
in einem in der ersten Schwungmassenanordnung ausgebildeten
ringförmigen Hohlraum aufgenommen ist.
Wenn im Kraftübertragungsweg zwischen der Kurbelwelle und der
ersten Schwungmassenanordnung und/oder der dritten Schwungmas
senanordnung ein Drehzahlübersetzungsgetriebe zum Übersetzen
der Drehzahl der ersten Schwungmassenanordnung und/oder der
dritten Schwungmassenanordnung bezüglich der Kurbelwelle an
geordnet ist, dann kann durch diesen Übersetzungseffekt die
effektive Massenträgheit der dritten Schwungmassenanordnung
erhöht werden, so daß einerseits die Möglichkeit besteht, zum
Erhalten der gleichen Dämpfungswirkung eine dritte Schwungmas
senanordnung mit geringerem Gewicht vorzusehen, und anderer
seits die Möglichkeit besteht, bei Gleichlassen der Masse der
dritten Schwungmassenanordnung einen deutlich verstärkten
Dämpfungseffekt zu erhalten. Da vorzugsweise bei der erfin
dungsgemäßen Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung nicht nur die
Drehzahl der dritten Schwungmassenanordnung erhöht wird, son
dern das Drehzahlübersetzungsgetriebe auch die Drehzahl der
ersten Schwungmassenanordnung und der zweiten Schwungmassen
anordnung erhöht, wird auch durch diese erste und zweite
Schwungmassenanordnung ein deutlich erhöhter Dämpfungseffekt
erzielt.
Dabei ist es aufgrund des relativ einfachen Aufbaus und auf
grund der gleichförmigen Massenverteilung vorteilhaft, wenn
das Drehzahlübersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe umfaßt.
Das Planetengetriebe kann dabei derart aufgebaut sein, daß es
einen mit der Kurbelwelle drehfest verbundenen Planetenrad
träger, an welchem wenigstens ein Planetenrad um eine zur Dreh
achse im wesentlichen parallele Achse drehbar getragen ist,
ein um die Drehachse nicht drehbares, mit dem wenigstens einen
Planetenrad radial außen kämmendes Hohlrad und ein mit der
ersten Schwungmassenanordnung drehfest verbundenes und mit dem
wenigstens einen Planetenrad radial innen kämmendes Sonnenrad
umfaßt.
Eine besonders kompakte und stabile Anordnung kann erhalten
werden, wenn das Sonnenrad auf der Kurbelwelle oder einer mit
dieser fest verbundenen Komponente drehbar gelagert ist. Fer
ner kann vorgesehen sein, daß die dritte Schwungmassenanord
nung auf einer radial äußeren Umfangsfläche des Hohlrads dreh
bar gelagert ist.
Alternativ ist eine derartige Ausgestaltung möglich, bei wel
cher das Planetengetriebe umfaßt:
- - einen mit der Kurbelwelle drehfest verbindbaren Planeten radträger, an welchem wenigstens ein Planetenrad um eine zur Drehachse im wesentlichen parallelen Achse drehbar getragen ist,
- - ein um die Drehachse nicht drehbares, mit dem wenigstens einen Planetenrad radial innen kämmendes Sonnenrad,
- - ein mit der dritten Schwungmassenanordnung drehfest ver bundenes oder mit dieser integral ausgebildetes und mit dem wenigstens einen Planetenrad radial außen kämmendes Hohlrad.
Das Drehzahlniveau, welches zum Auslösen des Schaltvorgangs
zum Koppeln bzw. Entkoppeln der dritten Schwungmassenanordnung
herangezogen wird, kann eine vorbestimmte Drehzahl oder ein
vorbestimmter Drehzahlbereich der Kurbelwelle, der ersten
Schwungmassenanordnung, der zweiten Schwungmassenanordnung,
einer Getriebeeingangswelle und/oder einer anderen mit dem An
triebsstrang drehbaren Komponente sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen
detailliert beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine erste Ausführungs
form einer erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämp
fungsvorrichtung;
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 eine Teil-Seitenansicht zweier durch eine Zugfeder
miteinander gekoppelter Kopplungselemente; und
Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht einer dritten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung all
gemein mit 10 bezeichnet. An einer Kurbelwelle 12, welche um
eine Achse A drehbar ist, ist ein Eingangsteil 14 eines Tor
sionsschwingungsdämpfers 16 durch Schraubbolzen 18 festgelegt.
Das Eingangsteil 14 weist ein erstes Deckblech 20 auf, welches
durch die Schraubbolzen 18 direkt an der Kurbelwelle 12 fest
gelegt ist. Ferner weist das Eingangsteil 14 ein zweites Deck
blech 22 auf, das über ein scheibenartig ausgebildetes
Schwungmassenteil 24 und durch die Schraubbolzen 18 an der Kur
belwelle 12 festgelegt ist. Das zweite Deckblech 22 ist an
seinem radial inneren Endabschnitt mit dem ersten Deckblech 20
durch Bolzen 32 fest verbunden. Ferner ist durch die Schraub
bolzen 18 eine Eingangsscheibe 26 an der Kurbelwelle 12 fest
gelegt, wobei zwischen der Eingangsscheibe 26 und dem Schwung
massenteil 24 eine Distanzscheibe 28 angeordnet ist. Das erste
Deckblech 20, das zweite Deckblech 22, welches mit dem
Schwungmassenteil 24 radial außen fest verbunden ist, bei
spielsweise durch Schrauben, Kleben oder dergleichen, das
Schwungmassenteil 24 und die Eingangsscheibe 26 sind somit mit
der Kurbelwelle 12 drehfest verbunden und bilden eine erste
Schwungmassenanordnung. An einer axialen Außenwandung 25 der
ersten Schwungmasse ist ein Zahnkranz 27 angeordnet, der bei
spielsweise mit einem Starterzahnrad kämmt.
Der Torsionsschwingungsdämpfer 16 weist ferner ein zwischen
dem ersten Deckblech 20 und dem zweiten Deckblech 22 angeord
netes Ausgangsteil 30 auf. In seinem radial äußeren Bereich
ist das Ausgangsteil 30 drehfest mit einer zweiten Schwung
masse 34 verbunden, und in seinem radial inneren Bereich ist
das Ausgangsteil 30 auf der Eingangsscheibe 26 unter Zwischen
lagerung einer Reibungskraft-Erzeugungsanordnung 36 gelagert
und zentriert. Ferner wirkt zwischen dem ersten Deckblech 20
und dem radial inneren Bereich des Ausgangsteil 30 eine wei
tere Reibungskraft-Erzeugungsvorrichtung 38, welche unter der
Vorspannung eines Federelements 40 gegen das Eingangsteil 30
und dieses somit gegen die radial innen angeordnete Reibungs
kraft-Erzeugungsvorrichtung 36 preßt. Zusätzlich oder alterna
tiv ist es möglich, eine verschleppte Reibungseinrichtung vor
zusehen, die erst bei Erreichen eines bestimmten Relativdreh
zustands zwischen der ersten und der zweiten Schwungmassen
anordnung wirksam wird. Das Ausgangsteil 30 und die zweite
Schwungmasse 34 bilden eine zweite Schwungmassenanordnung 33.
Das erste Deckblech 20, das zweite Deckblech 22 und das Aus
gangsteil 30 weisen jeweilige Federfenster 42, 44, 46 auf, die
in Umfangsrichtung zueinander ausgerichtet sind, und in wel
chen eine Schraubendruckfeder 48 derart anliegt, daß sie mit
jeweiligen Endbereichen an Steuerungskanten der Federfenster
42, 44, 46 anliegt. Jede der Schraubendruckfedern 48 kann bei
spielsweise durch eine Mehrzahl von sogenannten Innenfedern
gebildet sein, die in Zusammenwirkung dann die Federkraft er
zeugen. Beispielsweise ist hier das Vorsehen von zwei oder
drei derartiger Innenfedern in jedem der Federfenster 42, 44,
46 möglich. Durch die Schraubendruckfeder 48 sind das Aus
gangsteil 30 und die mit dieser gekoppelte zweite Schwungmasse
34 mit dem Eingangsteil 14 zur Drehung um die Achse A verbun
den; Eingangsteil 14 und Ausgangsteil 30 sind jedoch aufgrund
der Federelastizität der Schraubendruckfeder 48 relativ zuein
ander gegen die Federkraftwirkung der Schraubendruckfeder 48
bewegbar. Es ist somit ein Zweimassenschwungrad von herkömm
lichen Aufbau gebildet, welches aufgrund des Vorsehens der
Schraubendruckfeder 48 einen Torsionsschwingungsdämpfer bil
det. Es ist selbstverständlich, daß entlang des Umfangs eine
Mehrzahl derartiger Federfenster in dem Eingangsteil 14 und
dem Ausgangsteil 30 und eine entsprechende Mehrzahl an Schrau
bendruckfedern 48 angeordnet ist bzw. werden kann. Die zweite
Schwungmasse 34 bildet dabei den Teil des Zweimassenschwung
rands 50, an dem ein Kupplungsgehäuse festgelegt werden kann
und das eine Reibfläche für eine zwischen einer Kupplungs-
Anpreßplatte und dem Zweimassenschwungrad 50 einpreßbare Kupp
lungsscheibe (nicht dargestellt) aufweist.
Durch das zweite Deckblech 22 und die erste Schwungmasse 24
ist ein nahezu ringförmiger Hohlraum 52 gebildet, in welchem
eine dritte Schwungmasse 54 angeordnet ist.
Die dritte Schwungmasse 54 ist an einem radial inneren Bereich
über ein Lager 56 auf der Eingangsscheibe 26 drehbar gelagert.
Das Lager 56 ist dabei zwischen der Abstandsscheibe 28 und ei
ner an der Eingangsscheibe 26 gebildeten Schulter 58 gehalten.
Die dritte Schwungmasse 54 ist somit bezüglich der Kurbelwelle
verdrehbar.
An einem sich radial erstreckenden Umfangsflansch 60 der Ein
gangsscheibe 26 ist in Umfangsrichtung verteilt eine Mehrzahl
von Kopplungselementen 62 in radialer Richtung verschiebbar ge
führt. Dazu kann beispielsweise an dem Umfangsflansch 60 ein
sich radial erstreckender Führungsvorsprung mit vorzugsweise
schwalbenschwanzförmigem Querschnittsprofil für jedes Kopp
lungselement vorgesehen sein, der in eine entsprechend geform
te, sich an jedem Kopplungselement in radialer Richtung er
streckende Führungsvertiefung mit ebenfalls schwalbenschwanz
förmigem Querschnittsprofil eingreift. Die Kopplungselemente
62 sind somit an dem Umfangsflansch 60 in radialer Richtung
frei verschiebbar geführt, sind jedoch mit dem Umfangsflansch
60 zur gemeinsamen Drehung um die Achse A fest verbunden.
Für die Kopplungselemente 62 können beispielsweise zwei Ring
segmentteile mit einer Winkelerstreckung im Bereich von weni
ger als 180°, vorzugsweise weniger als 170°, verwendet werden.
Es ist jedoch auch die Verwendung einer größeren Anzahl, bei
spielsweise von drei oder vier derartigen Kopplungselementen
62, möglich. An einem radial äußeren Bereich der Kopplungs
elemente 62 weisen diese eine nach radial außen offene Um
fangsvertiefung 64 auf, in welcher an jedem Kopplungselement
62 ein Spannring 66 derart aufgenommen ist, daß er in der Ver
tiefung 64 axial bezüglich des jeweiligen Kopplungselements 62
festgelegt ist, sich in Umfangsrichtung jedoch verschieben
kann. Zur Begrenzung der Umfangsverschiebung zwischen den
Spannringen 66 und den Kopplungselementen 62 weisen die Spann
ringe 66 an ihren beiden Endbereichen jeweils nach innen vor
springende Anschläge 68 auf, die bei einer Relativverschiebung
zwischen einem Spannring 66 und einem Kopplungselement 62 zur
Anlage an einer Stirnfläche des Kopplungselements 62 kommen
und somit eine weitere Verschiebung nicht ermöglichen. Zwi
schen den Endbereichen zweier in Umfangsrichtung benachbarter
Spannringe 66 ist eine Zugfeder 70 angeordnet, die mit ihren
beiden Enden jeweils mit den entsprechenden Enden der unmit
telbar benachbarten Spannringe 66 verbunden ist und zwischen
diesen eine Zugkraft erzeugt. Beispielsweise kann in jedem
Ende eines Spannrings 66 eine Durchgangsöffnung 72 vorgesehen
sein, in welche dann ein hakenartiger Endbereich 74 der Zug
feder 70 eingreift. Die zwischen den jeweiligen Endbereichen
sämtlicher Spannringe 66 angeordneten Zugfedern 70 führen
dazu, daß die durch die Zugfedern 70 und die Spannringe 66
gebildete Kreisanordnung die Neigung hat, ihren Umfang so weit
als möglich zu verringern. Dies führt dazu, daß über die
Spannringe 66 die Kopplungselemente 62 nach radial einwärts
gedrückt werden. Die Kopplungselemente 62 kommen dann mit ei
nem Kopplungsbereich 76 zur Anlage an einem komplementären
Kopplungsbereich 78 an der dritten Schwungmasse 54. Der Kopp
lungsbereich 78 an der dritten Schwungmasse 54 ist durch eine
sich näherungsweise in axialer Richtung erstreckende Zylinder
außenwandung gebildet und der Kopplungsbereich 76 jedes Kopp
lungselements 62 ist durch eine entsprechend geformte Zylin
dersegmentwandung gebildet. An wenigstens einem der Kopplungs
bereiche 76, 78, vorzugsweise am Kopplungsbereich 78 an der
dritten Schwungmasse 54, ist ein Reibelement vorgesehen, an
welchem aufgrund der Federvorspannung durch die Zugfeder 70
dann eine Reibfläche des jeweils anderen Bauteils, vorzugs
weise der Kopplungselemente 62, zur Anlage kommt und somit
eine Reibungskraftverbindung zwischen der dritten Schwungmasse
54 und den Kopplungselementen 62, und somit zwischen der drit
ten Schwungmasse 54 und dem Eingangsteil 14 des Torsions
schwingungsdämpfers 16, herstellt.
Es ist selbstverständlich, daß anstelle der zusätzlich zum Vor
sehen entsprechender Reibelemente und Reibflächen im Kopplung
sbereich 76 der Kopplungselemente wenigstens eine Vertiefung
oder wenigstens ein Vorsprung vorgesehen sein kann, welcher
mit einem entsprechenden Vorsprung bzw. einer Vertiefung im
Kopplungsbereich 78 der dritten Schwungmasse 54 eingreift und
somit eine in Umfangsrichtung formschlüssige Verbindung her
stellt. Zum Beispiel können an den jeweiligen Kopplungsberei
chen jeweils Verzahnungen ausgebildet sein.
Dreht sich nun im Betrieb die Kurbelwelle 12 um die Drehachse
A, so nimmt diese aufgrund der drehfesten Verbindung das Tor
sionsschwingungsdämpfer-Eingangsteil 14, welches die erste
Schwungmassenanordnung 23 des Zweimassenschwungrads 50 bildet,
mit. Über die Schraubendruckfeder 48 wird auch die durch das
Torsionsschwingungsdämpfer-Ausgangsteil 30 und die zweite
Schwungmasse 34 gebildete zweite Schwungmassenanordnung 33 des
Zweimassenschwungrads 50 mitgenommen. Ferner wird durch die
nach radial einwärts vorgespannten Kopplungselemente 62 die an
der ersten Schwungmassenanordnung 23 gehaltene dritte Schwung
masse 54 zur Drehung um die Drehachse A mitgenommen.
Wird nun die Drehzahl der Kurbelwelle 12 erhöht, so vergrößert
sich entsprechend die auf die Kopplungselemente 62 einwirkende
Fliehkraft, welche nun versucht, entgegen der Federkraft der
Zugfedern 70 die Kopplungselemente 62 nach radial auswärts zu
verlagern. Die Kopplungselemente 62 bilden somit Fliehgewich
te. Bei geeigneter Auswahl der Masse jedes Kopplungselements
62 läßt sich die Drehzahl bestimmen, bei welcher die durch die
Zugfedern 70 ausgeübte Vorspannkraft nicht mehr ausreicht, um
die Kopplungselemente 62 gegen die Fliehkraftwirkung in Kopp
lungseingriff mit der dritten Schwungmasse 54 zu halten. Das
heißt, es wird die Drehantriebsverbindung zwischen der ersten
Schwungmassenanordnung 23 und der dritten Schwungmasse 54 bei
Überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl gelöst, so daß wei
terhin lediglich die erste und die zweite Schwungmassenanord
nung 23, 33 des Zweimassenschwungrads 50 mit der Kurbelwelle
12 gedreht werden, die dritte Schwungmasse 54 jedoch drehan
triebsmäßig vom Antriebsstrang entkoppelt ist. Es tritt also
bei Überschreiten der vorbestimmten Drehzahl eine Veränderung
des Massenträgheitsmoments der Drehschwingungsdämpfungsvor
richtung auf, welche eine dementsprechende Veränderung des
Dämpfungsverhaltens bewirkt.
Da sich gezeigt hat, daß in einem höheren Drehzahlbereich, bei
spielsweise einem Drehzahlbereich von oberhalb 1500 bis 2500
Umdrehungen pro Minute, praktisch keine Drehschwingungen im
Antriebsstrang auftreten, ist bei Erreichen eines derartig
hohen Drehzahlbereichs eine zusätzliche Drehschwingungsdämp
fungswirkung durch die dritte Schwungmasse 54 nicht mehr er
forderlich. Da dann die dritte Schwungmasse 54 vom Antriebs
strang entkoppelt ist, wird in diesem Drehzahlbereich die Agi
lität der die Kurbelwelle 12 antreibenden Brennkraftmaschine
(in den Figuren nicht dargestellt) deutlich erhöht, da bei
durch einen Fahrer gewünschten Drehzahländerungen die dritte
Schwungmasse 54 nicht mehr beschleunigt oder verzögert werden
muß. Dies erhöht das Leistungsvermögen der Brennkraftmaschine
deutlich und senkt zugleich den Kraftstoffverbrauch.
Verringert sich die Drehzahl wieder, so besteht dann die Ge
fahr, daß, aufgrund des beispielsweise bei geringen Drehzahlen
unrunderen Laufs einer Brennkraftmaschine, wieder Drehschwin
gungen erzeugt werden. Da dabei aber auch die auf die Kopp
lungselemente 62 einwirkende Fliehkraft abnimmt, drücken die
Zugfedern 70 die Kopplungselemente 62 wieder nach radial ein
wärts, so daß die dritte Schwungmasse 54 wieder drehantriebs
mäßig mit dem Antriebsstrang, d. h. der ersten Schwungmassen
anordnung 23, gekoppelt wird.
Wie in Fig. 1 ferner zu erkennen, ist die dritte Schwungmasse
54 aus zwei Schwungmassenteilen 82, 84 gebildet, die über ei
nen elastischen Ring 86 miteinander verbunden sind. Beispiels
weise kann jedes der Schwungmassenteile 82, 84 an dem elasti
schen Ring 86 angeklebt sein. Der elastische Ring 86 sieht so
mit eine zusätzliche Schwingungstilgungsfunktion vor, da bei
Ankopplung der dritten Schwungmasse 54 an die erste Schwung
massenanordnung 23 das Auftreten von Drehschwingungen zu einer
Verformung des elastischen Rings 86 führt. Da diese Verfor
mungsenergie zumindest teilweise in Wärme dissipiert wird,
wird sie nachfolgend nicht mehr in den Antriebsstrang zurück
gegeben, so daß die zur Verformung führenden Drehschwingungen
weiter gedämpft werden können.
Da die dritte Schwungmasse in Antriebskraftflußrichtung vor
den Schraubendruckfedern 48 mit dem Antriebsstrang gekoppelt
wird, kann sie die insbesondere im Bereich der Brennkraftma
schine erzeugten Drehschwingungen in ungeminderter Weise dämp
fen. Die jeweiligen Massen der ersten Schwungmassenanordnung,
welche durch das erste Deckblech 22, die erste Schwungmasse 24
und die Eingangsscheibe 26 gebildet ist, der zweiten Schwung
massenanordnung 33, welche durch das Ausgangsteil 30 und die
zweite Schwungmasse 34 gebildet ist, und der dritten Schwung
masse 54 können jeweils derart ausgewählt werden, daß sie die
für ein bestimmtes Antriebssystem optimalen Schwingungsdämp
fungscharakteristiken vorsehen. Auch das Gewicht der Kopp
lungselemente 62 bzw. die durch die Zugfedern 70 vorgesehene
Vorspannkraft können derart auf ein bestimmtes Antriebssystem
abgestimmt werden, daß in dem Drehzahlbereich, in dem in dem
Antriebssystem das Auftreten von Drehschwingungen zu erwarten
ist, eine Ankopplung der dritten Schwungmasse 54 an den An
triebsstrang vorgesehen ist und daß bei Überschreiten bzw.
Verlassen dieses Drehzahlbereichs die dritte Schwungmassen
anordnung 54 entkoppelt wird, um somit das beistungsvermögen
des Motors zu erhöhen, da die dritte Schwungmasse 54 dann
nicht mehr beschleunigt oder verzögert werden muß.
In der Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung gezeigt. Bauteile,
welche in der Darstellung der Fig. 1 und 3 gezeigten Bauteilen
entsprechen, sind mit dem gleichen Bezugszeichen unter Hinzu
fügung des Anhangs "a" bezeichnet. Die Drehschwingungsdämp
fungsvorrichtung 10a in Fig. 2 wird nachfolgend lediglich in
soweit detailliert beschrieben, als sie sich von der Ausfüh
rungsform der Fig. 1 unterscheidet.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist im Antriebsstrang zwi
schen der Kurbelwelle 12a und der ersten Schwungmassenanord
nung 23a, d. h. dem Torsionsschwingungsdämpfer-Eingangsteil
14a ein Planetengetriebe 90a angeordnet. Dabei bildet die Ein
gangsscheibe 26a mit ihrem Umfangsflansch 60a einen Planeten
radträger, an dem eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung ver
teilten Planetenrädern 92a über Drehlager 94a an zur Drehachse
A im wesentlichen parallelen Bolzen 95a drehbar gehalten ist.
An einem um die Drehachse A nicht drehbaren Bauteil 96a, bei
spielsweise einem Brennkraftmaschinen-Gehäuseteil 96a ist ein
Hohlrad 98a festgelegt, das mit einer Innenverzahnung mit den
Planetenrädern 92a kämmt. Ferner ist an einem radial inneren
Bereich der ersten Schwungmassenanordnung 23a ein sich axial
erstreckender zylindrischer Abschnitt 100a vorgesehen, der ein
Sonnenrad mit Außenverzahnung bildet und der über ein Lager
102a auf der Eingangsscheibe 26a drehbar gelagert ist. Bei
Drehung der Kurbelwelle 12a, und somit auch der Eingangs
scheibe 26a, werden durch den als Planetenradträger dienenden
Umfangsflansch 60a die Planetenräder 92a um die Drehachse A
herum bewegt. Da sie mit dem nicht drehbar festgelegten Hohl
rad 98 kämmen, drehen sich die Planetenräder 92a an dem Plane
tenradträger 60a und übertragen diese Drehung auf den als Son
nenrad wirkenden Zylinderabschnitt 100a der ersten Schwung
massenanordnung 23a. Das heißt, die Drehzahl der Kurbelwelle
12a wird durch das Planetengetriebe 90a übersetzt auf die er
ste Schwungmassenanordnung 23a und somit das Zweimassen
schwungrad 50a übertragen. Es bilden dabei die mit der Kurbel
welle 12a drehbaren Teile des Planetengetriebes 90a einen Teil
der ersten Schwungmassenanordnung.
Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die dritte
Schwungmasse 54a durch die Kopplungselemente 62a wiederum mit
der ersten Schwungmassenanordnung 23a koppelbar bzw. von die
ser entkoppelbar. Dazu ist die dritte Schwungmasse 54a über
ein Lager 104a auf einer Außenumfangsfläche des Hohlrads 98a
drehbar gelagert. Der Kopplungs- bzw. Entkopplungsvorgang
durch die Kopplungselemente 62a ist der gleiche, wie vorange
hend mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2a ist also die Drehzahl
der gesamten Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung 10a durch das
Planetengetriebe 90a ins Hohe übersetzt. Durch diesen Überset
zungseffekt wird die Massenträgheit der rotierenden Massen,
d. h. der ersten Schwungmassenanordnung 23a, der zweiten
Schwungmassenanordnung 33a sowie der dritten Schwungmasse 54a
erhöht, so daß bei gleich gehaltener Masse ein erhöhter Dämp
fungseffekt erhalten werden kann. Da auch bei dieser Ausge
staltung die dritte Schwungmasse 54a drehzahlabhängig zu- und
abschaltbar ist, können auch diesbezüglich die gleichen Effek
te, wie vorangehend mit Bezug auf die erste Ausführungsform
beschrieben, erhalten werden. Durch die spezielle Anordnung
der Planetengetriebekomponenten wird eine größtmögliche Über
setzungswirkung erhalten.
In Ausführungsform der Fig. 2 ist ferner vorgesehen, daß die
Kopplungselemente 62a sich nicht lediglich aufgrund der auf
diese einwirkenden Fliehkraft nach radial auswärts bewegen. Es
sind ferner Schalteinrichtungen 106a vorgesehen, durch welche
die Kopplungselemente 62a aktiv aus ihrer die dritte Schwung
masse 54a in den Antriebsstrang einkoppelnden Kopplungsstel
lung nach radial auswärts in ihre Entkopplungsstellung bewegt
werden können. Dabei kann jede Schaltvorrichtung 106a bei
spielsweise durch eine elektromagnetische Spule gebildet sein
und an jedem Kopplungselement 62a kann dann beispielsweise ein
Permanentmagnet oder dergleichen vorgesehen sein. Wird den
Schaltvorrichtungen 106a dann über eine strichliert darge
stellte Leitung 108a ein Erregungsstrom von einer Steuervor
richtung 110a zugeführt, so ziehen sie die an den Kopplungs
elementen 62a angeordneten Permanentmagneten an und bewegen
dadurch die Kopplungselemente 62a entgegen der Wirkung der
Zugfeder nach radial außen.
Es kann dazu ferner ein Drehzahlsensor 112a von herkömmlichem
Aufbau vorgesehen sein, der beispielsweise die Drehzahl der
Kurbelwelle oder irgendeiner anderen mit dem Antriebsstrang
drehbaren Komponente erfaßt. In Abhängigkeit von dem durch den
Drehzahlsensor 112a über eine Leitung 114a zur Steuervorrich
tung 110a ausgegebenem Drehzahlwert kann die Steuervorrichtung
110a die Schaltvorrichtung 106a drehzahlabhängig erregen bzw.
entregen und somit zu einer gesteuerten Kopplung bzw. Entkopp
lung der dritten Schwungmasse 54a führen. Ferner ist es mög
lich, durch einen Bewegungssensor eine Bewegung der Kopplungs
elemente in radialer Richtung zu erfassen. Wird eine derartige
Bewegung erfaßt, so kann dies zusätzlich oder alternativ zum
Erregen der Schaltvorrichtungen 106a herangezogen werden, um
einen spontanen Entkopplungsvorgang zu erhalten.
Dabei kann in der Steuervorrichtung 110a beispielsweise eine
Hysteresesteife vorgesehen sein, so daß dann, wenn beispiels
weise die Kurbelwelle 12a um die zum Auslösen des Schaltvor
gangs vorgesehene Drehzahl herum schwankt, nicht ein zu häufi
ger Schaltvorgang durch die Schaltvorrichtungen 106a durch
geführt wird. Da auch bei dieser zusätzlichen gesteuerten
Bewegung der Kopplungselemente 62a die Vorspannung in die
Kopplungsstellung durch die Zugfedern vorgenommen wird, brau
chen die jeweiligen Schaltvorrichtungen 106a lediglich zum
Bewegen und Halten der Kopplungselemente 62a in ihren Entkopp
lungsstellung erregt werden. Ferner können bei Vorsehen einer
derartigen gesteuerten Bewegung der Kopplungselemente 62a
diese hinsichtlich ihrer Masse geringer ausgestaltet werden,
da dann den wesentlichen Bewegungsbeitrag die Schaltvorrich
tungen 106a liefern.
Es ist selbstverständlich, daß auch bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 2 die Bewegung der Kopplungselemente 62a zwischen
der Kopplungsstellung und der Entkopplungsstellung allein
durch Fliehkraft bewirkt werden kann und die Schaltvorrichtun
gen 106a weggelassen werden können. In gleicher Weise ist es
möglich, eine derartige gesteuerte Bewegung der Kopplungsele
mente in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 vorzusehen.
In Fig. 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
dargestellt, welche im wesentlichen der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 entspricht. Es wird daher im nachfolgenden lediglich
auf die Unterschiede hinsichtlich der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 eingegangen. Bauteile, welche in den Fig. 1 und 2 dar
gestellten Bauteilen entsprechen, sind mit dem gleichen Be
zugszeichen unter Hinzufügung des Anhangs "b" bezeichnet.
Bei der Ausgestaltungsform gemäß Fig. 4 ist das Planetenge
triebe 90b derart angeordnet, daß es im Kraftübertragungsweg
zwischen der Kurbelwelle 12b und der dritten Schwungmasse 54b
liegt, wenn diese dritte Schwungmassenanordnung 54b mit der
ersten Schwungmassenanordnung 23b drehantriebsmäßig gekoppelt
ist. Dazu ist der Planetenradträger 60b auf der Kurbelwelle
12b bzw. einer mit dieser drehfest verbundenen Komponente 26b
drehbar gelagert und trägt eine Mehrzahl von in Umfangsrich
tung verteilt angeordneten Planetenrädern 92b. Ein Sonnenrad
100b ist an einer nicht drehbaren Komponente 96b festgehalten
und kämmt radial innen mit den Planetenrädern 92b. An einem
Innenumfangsbereich der im wesentlichen ringförmig ausgebilde
ten dritten Schwungmasse 54b ist das Hohlrad 98b ausgebildet
und kämmt radial außen mit den Planetenrädern 92b. Ferner ist
der Planetenradträger 60b durch die Kopplungselemente 62b,
welche wiederum an der ersten Schwungmassenanordnung 23b ra
dial verschiebbar geführt sind, mit der ersten Schwungmassen
anordnung 23b koppelbar und ist von dieser entkoppelbar, wobei
am Planetenradträger 60b der der dritten Schwungmasse 54b zu
geordnete Reibflächenbereich 78b gebildet ist.
Bei einer derartigen Ausgestaltung ist dann die erste Schwung
massenanordnung 23b in ihrem radial inneren Bereich mit der
Kurbelwelle 12b drehfest verbunden. Das heißt, bei derartiger
Ausgestaltung wird das Antriebsdrehmoment der Kurbelwelle 12b
in den Antriebsstrang direkt und ohne die Übertragung durch
ein Getriebe hindurch eingekoppelt. Das Planetengetriebe 90b
dient lediglich zur Drehzahlerhöhung der dritten Schwungmasse
54b und kann daher hinsichtlich seiner Kraftübertragungskapa
zität deutlich schwächer und somit leichter ausgebildet wer
den, als dies beim Planetengetriebe gemäß Fig. 2 der Fall ist.
Auch bei einer derartigen Ausgestaltung läßt sich also bei
Zukopplung der dritten Schwungmasse 54b zur ersten Schwungmas
senanordnung 23b durch Verbinden des Planetenradträgers 60b,
welcher zusammen mit seinen Planetenrädern 92b einen Teil der
dritten Schwungmassenanordnung bildet, mit der ersten Schwung
massenanordnung 23b eine Erhöhung der Drehzahl der dritten
Schwungmasse 54b bezüglich der Kurbelwelle 12b mit den vor
angehend beschriebenen Vorteilen erreichen. Es ist auch die
direkte Ankopplung des Planetenradträgers 60b an die Kurbel
welle, unter Umgehung der ersten Schwungmassenanordnung 23b,
möglich.
Obgleich in den Figuren die dritte Schwungmasse derart darge
stellt ist, daß sie mit der ersten Schwungmassenanordnung im
wesentlichen als eine Einheit gekoppelt werden kann, ist es
ebenso möglich, die dritte Schwungmasse in mehrere Schwungmas
sensegmente zu unterteilen, die bezüglich einander drehbar
sind und die jeweils in Serie miteinander durch entsprechende
Kopplungselemente gekoppelt sind. Diese Kopplungselemente kön
nen dann im wesentlichen wieder in ihrem Aufbau den in den Fi
guren dargestellten Kopplungselementen entsprechen und hin
sichtlich ihrer Auslösemoments derart ausgebildet sein, daß
sie nicht gleichzeitig, sondern drehzahlabhängig gestaffelt
auslösen und somit sukzessive einzelne Schwungmassensegmente
abgekoppelt werden. Es läßt sich somit ein stufenartiger Über
gang zwischen einem Zustand maximaler Dämpfungsmasse und einem
Zustand minimaler Dämpfungsmasse erhalten.
Ferner ist es bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 4 eben
so möglich, die dritte Schwungmasse in zwei Schwungmassenteile
aufzuteilen und diese durch einen elastischen Ring miteinander
zu verbinden, um somit eine zusätzliche Dämpfungstilgungsfunk
tion auch in dieser Ausführungsform zu erhalten.
Durch die erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung
wird das Massenträgheitsmoment auf der Primärseite des Zwei
massenschwungrads erhöht, wodurch neben der Verringerung von
Ungleichförmigkeiten im Lauf der Brennkraftmaschine zusätzlich
die Resonanzfrequenz abgesenkt wird, was insbesondere beim
Startvorgang wichtig ist, um dort das Auftreten ungewollter
Drehschwingungen effektiv verhindern zu können.
Es hat sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn das Verhältnis
des Massenträgheitsmoments zwischen der Primär- und der Sekun
därseite des Zweimassenschwungrads, d. h. zwischen der ersten
Schwungmassenanordnung und der dritten Schwungmasse einerseits
und der zweiten Schwungmassenanordnung andererseits, im Be
reich von 60 : 40 liegt.
Das in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellte, in der Drehmoment
schwingungsdämpfungsvorrichtung enthaltene Zweimassenschwung
rad ist von dem trocken laufenden Typ. Es ist jedoch für den
Fachmann selbstverständlich, daß dieses Zweimassenschwungrad
auch derart ausgebildet werden kann, daß im Bereich jeweiliger
reibkritischer Punkte, insbesondere im Bereich der Schrauben
druckfedern, jeweils Schmiermitteltaschen gebildet sind, die
zur Aufnahme eines pastösen Schmiermaterials, wie z. B.
Schmierfett, dienen. Insbesondere bei einer derartigen ge
schmierten Ausgestaltung ist durch das Schmiermittel ein zu
sätzlicher hydrodynamischer Reibungs- und Dämpfungseffekt vor
gesehen, der zusätzlich zur Minderung von im Antriebsstrang
entstehenden Drehschwingungen beitragen kann.
Durch die erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung
kann eine zuverlässige Dämpfungswirkung von in einem Antriebs
strang entstehenden Drehschwingungen vorgesehen werden. Einer
seits trägt dazu bei, daß die zusätzliche Dämpfungsmasse in An
triebskraftflußrichtung vor einem Torsionsschwingungsdämpfer
angeordnet ist, so daß die insbesondere in einer Brennkraftma
schine erzeugten Drehschwingungen oder Schwingungen der Kur
belwelle in ungeminderter Weise gedämpft werden können. Ande
rerseits ist die zusätzliche Dämpfungsmasse bei Überschreiten
einer vorbestimmten Drehzahl abschaltbar, so daß in dem niede
ren Drehzahlbereich, in dem das Auftreten von Drehschwingungen
sehr wahrscheinlich ist, eine hohe Schwingungsdämpfungsmasse
vorgesehen ist, und in dem hohen Drehzahlbereich, in dem das
Auftreten von Drehschwingungen nicht oder nur in geringem Aus
maß zu erwarten ist, die Agilität der Brennkraftmaschine er
höht werden kann, wodurch einerseits ein verbessertes Lei
stungsverhalten der Brennkraftmaschine erreicht wird und ande
rerseits der Kraftstoffverbrauch verringert werden kann. Wenn
ferner ein Übersetzungsgetriebe vorgesehen ist, das die Dreh
zahl der jeweiligen Schwungmassen ins Hohe übersetzt, ist es
möglich, die einzelnen Schwungmassen leichter und kleiner zu
bauen und damit die nahezu gleiche Dämpfungswirkung zu erhal
ten, wie sie bei einer Vorrichtung ohne Drehzahlübersetzung
erhalten wird. Dies hat dann zur Folge, daß die gesamte Dreh
schwingungsdämpfungsvorrichtung weniger Bauraum beansprucht
und somit besser in einen Antriebsstrang integriert werden
kann.
Vorangehend ist die erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfungs
vorrichtung derart beschrieben worden, daß bei aktiver Zu- oder
Abschaltung der Kopplungselemente durch entsprechende
Betätigungsmittel zum Auslösen des Zu- oder Abschaltens ein
Bewegungszustand der Kopplungselemente oder die Drehzahl, bei
spielsweise der Maschine, herangezogen wird. Es wird darauf
hingewiesen, daß es ebenso möglich ist, eine Vielzahl anderer
Betriebszustände zum Auslösen des Zu- bzw. Abschaltens her
anzuziehen. Beispielsweise kann aus der durch die Drehzahler
fassungsmittel erfaßten Drehzahl durch Differenzieren eine
Drehbeschleunigung erhalten werden, die ebenso zum Definieren
eines Betriebszustands herangezogen werden kann, in welchem
die dritte Schwungmassenanordnung abzukoppeln ist. Ferner ist
es möglich, eine Maschinenkühlmitteltemperatur heranzuziehen,
d. h., bei Erreichen einer bestimmten Temperatur die dritte
Schwungmassenanordnung abzuschalten. Darüber hinaus kann die
Absicht eines Fahrzeugfahrers, das Fahrzeug zu beschleunigen,
erfaßt werden, beispielsweise durch Erfassen des Drosselöff
nungsgrads und der Änderungsrate des Drosselöffnungsgrads oder
durch Erfassen des Betätigungsausmaßes eines Gaspedals oder
dergleichen. Eine derartige Absicht kann dazu herangezogen
werden, einen Betriebszustand zu definieren, in dem die zu
sätzliche Schwungmassenanordnung abzukoppeln ist, um ein mög
lichst starkes Beschleunigen zu ermöglichen. Verläßt der Be
triebszustand dann einen vorbestimmten Bereich, d. h. über
schreitet der Betriebszustand den vorbestimmten Betriebszu
tand in entgegengesetzter Richtung, dann wird die dritte
Schwungmassenanordnung wieder angekoppelt. Um ein zu häufiges
Zu- und Abschalten zu vermeiden, kann hier eine Schalthyste
rese vorgesehen sein.
Claims (27)
1. Drehschwingungsdämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Dreh
schwingungen in einem Antriebsstrang, über welchen das
Ausgangsdrehmoment einer Brennkraftmaschine in einer An
triebskraftflußrichtung auf Antriebsräder eines Kraft
fahrzeugs übertragen wird, umfassend:
- - eine mit einer Kurbelwelle (12; 12a; 12b) der Brenn kraftmaschine zur Drehung um eine Drehachse (A) ge koppelte erste Schwungmassenanordnung (23; 23a; 23b),
- - eine zweite Schwungmassenanordnung (33; 33a; 33b), die mit der ersten Schwungmassenanordnung (23; 23a; 23b) zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse (A) und zur Relativdrehung bezüglich der ersten Schwung massenanordnung (23; 23a; 23b) über eine Federvor richtung (48; 48a; 48b) gekoppelt ist,
- - wenigstens eine dritte Schwungmassenanordnung (54;
54a; 54b), welche mit dem Antriebsstrang zur Drehung
um die Drehachse (A) in der Antriebskraftflußrich
tung vor der Federvorrichtung (48; 48a; 48b) gekop
pelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wenigstens eine dritte Schwungmassenanordnung (54, 54a; 54b) bei Erreichen eines vorbestimmten Be triebszustands von dem Antriebsstrang drehantriebsmäßig entkoppelbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der vorbestimmte Betriebszustand umfaßt:
- - ein vorbestimmtes Drehzahlniveau und/oder
- - einen vorbestimmten Relativdrehzustand zwischen der ersten und der zweiten Schwungmassenanordnung und/oder
- - einen vorbestimmten Drehzahländerungszustand und/oder
- - eine vorbestimmte Maschinenkühlmitteltemperatur, und/oder
- - einen vorbestimmten Drosselöffnungsänderungsraten- Betrag.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die wenigstens eine dritte Schwungmassenanord
nung (54; 54a; 54b) zur Drehung um die Drehachse (A) mit
der ersten Schwungmassenanordnung (23; 23a, 23b) gekop
pelt ist und von dieser entkoppelbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dritte Schwungmassenanordnung (54; 54a;
54b) durch zwischen einer Kopplungsstellung und einer
Entkopplungsstellung verstellbare Kopplungsmittel (62;
62a; 62b) mit dem Antriebsstrang koppelbar bzw. gekoppelt
ist, welche Kopplungsmittel (62; 62a; 62a) in Abhängig
keit vom Betriebszustand, insbesondere der Drehzahl, zwi
schen ihrer Kopplungsstellung und ihrer Entkopplungsstel
lung verstellbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kopplungsmittel (62; 62a; 62b) wenigstens ein bezüg
lich der Drehachse (A) radial verlagerbares Kopplungs
element (62; 62a; 62b) umfassen, welches in seine Kopp
lungsstellung vorgespannt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 und Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das wenigstens eine Kopplungselement
(62; 62a; 62b) an der ersten Schwungmassenanordnung (23;
23a; 23b) radial bewegbar geführt ist und einen mit der
wenigstens einen dritten Schwungmassenanordnung (54; 54a;
54b) in Kopplungseingriff bringbaren Kopplungsbereich
(76; 76a; 76b) umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kopplungsbereich (76; 76a; 76b) einen Reibflächenbe
reich umfaßt, welcher in der Kopplungsstellung an einem
komplementären Reibflächenbereich (78; 78a; 78b) an der
dritten Schwungmassenanordnung (54; 54a; 54b) angreift.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß der Kopplungsbereich einen Kopplungsvorsprungs
bereich oder Kopplungsausnehmungsbereich umfaßt, welcher
in der Kopplungsstellung mit einem komplementären Kopp
lungsausnehmungs- bzw. Kopplungsvorsprungsbereich an der
dritten Schwungmassenanordnung in Umfangsrichtung form
schlüssig ineinandergreift.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß das wenigstens eine Kopplungselement
(62; 62a; 62b) ein Fliehkraft-Gewichtselement umfaßt,
welches in seine Kopplungsstellung nach radial einwärts
vorgespannt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, ferner um
fassend Kopplungselement-Schaltmittel (106a; 106b) zum
gesteuerten Bewegen des wenigstens einen Kopplungsele
ments (62a; 62b) zwischen seiner Kopplungsstellung und
seiner Entkopplungsstellung.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, ferner umfassend Betriebs
zustandserfassungsmittel (112a) und Schaltmittel-Betäti
gungsmittel (110a; 110b) zum Betätigen der Kopplungsele
ment-Schaltmittel (106a; 106b) in Abhängigkeit von dem
erfaßten Betriebszustand.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Betriebszustandserfassungsmittel (112a; 112b) umfas
sen:
- - Drehzahlerfassungsmittel und/oder
- - Drehbeschleunigungserfassungsmittel und/oder
- - Kopplungselement-Bewegungserfassungsmittel zum Er fassen eines Bewegungszustands des wenigstens einen Kopplungselements und/oder
- - Relativdrehzustand-Erfassungsmittel zum Erfassen eines Relativdrehzustands zwischen der ersten und der zweiten Schwungmassenanordnung und/oder
- - Maschinenkühlmittel -Temperaturerfassungsmittel und/oder
- - Drosselöffnungsänderungsraten-Erfassungsmittel.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kopplungselement-Schaltmittel (106a;
106b) das wenigstens eine Kopplungselement (62a; 62b)
durch elektrostatische oder elektromagnetische Wechsel
wirkung oder dergleichen bewegen.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das wenigstens eine Kopplungselement
(62; 62a; 62b) durch Federvorspannung in seine Kopplungs
stellung vorgespannt ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von in Umfangrichtung
mit im wesentlichen gleichmäßigem Abstand zueinander an
geordneten Kopplungselementen (62; 62a; 62b) vorgesehen
ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Zug
federmittel (70), welche jeweils an in Umfangsrichtung
unmittelbar benachbarten Kopplungselementen (62; 62a;
62b) näherungsweise in Umfangsrichtung angreifen, um
diese nach radial einwärts vorzuspannen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß jedes Kopplungselement (62; 62a; 62b) ein
Kopplungsringsegment mit einer Umfangserstreckung von
höchstens 180°, vorzugsweise höchstens 170°, umfaßt.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die wenigstens eine dritte Schwung
massenanordnung (54) ein erstes mit der ersten Schwung
massenanordnung (23) koppelbares oder gekoppeltes
Schwungmassenteil (84) umfaßt sowie ein zweites Schwung
massenteil (82) umfaßt, welches unter Zwischenanordnung
von Schwingungsdämpfungsmitteln (86) mit dem ersten
Schwungmassenteil (84) verbunden ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schwingungsdämpfungsmittel (86) ein elastisch ver
formbares Dämpfungsmaterial, vorzugsweise einen Kunst
stoffdämpfungsring (86), umfassen.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die dritte Schwungmassenanordnung
(54) im wesentlichen vollständig in einem in der ersten
Schwungmassenanordnung (23) ausgebildeten ringförmigen
Hohlraum (52) aufgenommen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß im Kraftübertragungsweg zwischen der
Kurbelwelle (12a; 12b) und der ersten Schwungmassenanord
nung (23a) und/oder der dritten Schwungmassenanordnung
(54b) ein Drehzahlübersetzungsgetriebe (90a; 90b) zum
Übersetzen der Drehzahl der ersten Schwungmassenanordnung
(23a) und/oder der dritten Schwungmassenanordnung (54b)
bezüglich der Kurbelwelle (12a; 12b) angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
das Drehzahlübersetzungsgetriebe (90a; 90b) ein Planeten
getriebe (90a; 90b) umfaßt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
das Planetengetriebe (90a) umfaßt:
- - einen mit der Kurbelwelle (12a) drehfest verbundenen Planetenradträger (60a), an welchem wenigstens ein Planetenrad (92a) um eine zur Drehachse (A) im we sentlichen parallele Achse drehbar getragen ist,
- - ein um die Drehachse (A) nicht drehbares, mit dem wenigstens einen Planetenrad (92a) radial außen käm mendes Hohlrad (98a),
- - ein mit der ersten Schwungmassenanordnung (23a) drehfest verbundenes und mit dem wenigstens einen Planetenrad (92a) radial innen kämmendes Sonnenrad (100a).
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß
das Sonnenrad (100a) auf der Kurbelwelle (12a) oder einer
mit dieser fest verbundenen Komponente (26a) drehbar ge
lagert ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dritte Schwungmassenanordnung (54a) auf
einer radial äußeren Umfangsfläche des Hohlrads (98a)
drehbar gelagert ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
das Planetengetriebe (90b) umfaßt:
- - einen mit der Kurbelwelle (12b) drehfest verbindba ren Planetenradträger (60b), an welchem wenigstens ein Planetenrad (92b) um eine zur Drehachse (A) im wesentlichen parallele Achse drehbar getragen ist,
- - ein um die Drehachse (A) nicht drehbares, mit dem wenigstens einen Planetenrad (92a) radial innen käm mendes Sonnenrad (100a),
- - ein mit der dritten Schwungmassenanordnung (54b) drehfest verbundenes oder mit dieser integral ausge bildetes und mit dem wenigstens einen Planetenrad (92b) radial außen kämmendes Hohlrad (98b).
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß das Drehzahlniveau eine vorbestimmte
Drehzahl oder ein vorbestimmter Drehzahlbereich der Kur
belwelle, der ersten Schwungmassenanordnung, der zweiten
Schwungmassenanordnung, einer Getriebeeingangswelle und/oder
einer anderen mit dem Antriebsstrang drehbaren Kom
ponente ist.
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