DE3621237A1 - Antriebsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung, insbeson­ dere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe, einer das Getriebe mit der Brennkraftma­ schine kuppelnden Kupplung und einen Drehschwingungsdämp­ fer im Drehmomentübertragungsweg zwischen der Brennkraft­ maschine und dem Getriebe.

Der ungleichförmige Lauf der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs führt zu Dröhn- oder Rasselgeräuschen, die meist durch unbelastet mitlaufende Zahnradgruppen des Ge­ triebes hervorgerufen werden. Zur Unterdrückung dieser Ge­ räusche ist in die Kupplungsscheibe herkömmlicher Kupplun­ gen ein Drehschwingungsdämpfer integriert. Drehschwin­ gungsdämpfer dieser Art sind jedoch vergleichsweise auf­ wendig und bestehen aus einer Vielzahl Einzelteile.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu zeigen, wie im Drehmomentübertragungsweg einer Antriebsanordnung, insbe­ sondere eines Kraftfahrzeugs, auftretende und zu Geräu­ schen insbesondere des Getriebes führende Drehschwingungen auf konstruktiv einfache Weise wirksam unterdrückt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehschwingungsdämpfer als Rotationsenergiespeicher ausge­ bildet ist und wenigstens einen mit dem Drehmomentübertra­ gungsweg drehfest verbundenen, jedoch radial zur Drehachse des Drehmomentübertragungswegs beweglichen Massekörper so­ wie ein den Abstand des Massekörpers von der Drehachse entsprechend einer vorbestimmten Abstand-Winkelgeschwin­ digkeit-Charakteristik einstellendes Steuerorgan aufweist, welches den Abstand des Massekörpers von der Drehachse mit wachsender Winkelgeschwindigkeit vergrößert und mit abneh­ mender Winkelgeschwindigkeit verkleinert.

Ein derartiger Rotationsenergiespeicher arbeitet drehzahl­ abhängig und erhöht das durch den Abstand des Massekörpers von der Drehachse bestimmte Massenträgheitsmoment mit wachsender Drehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit. Durch die Erhöhung des Massenträgheitsmoments wird das aus dem Dreh­ momentübertragungsweg und den Massekörper bestehende System verzögert, was seinerseits der Drehzahlerhöhung entgegenwirkt. Mit abnehmender Winkelgeschwindigkeit wird das Massenträgheitsmoment erniedrigt, und die damit frei werdende Rotationsenergie beschleunigt das System. Die Masse der Massenkörper ist auf die rotierende Masse des Drehmomentübertragungswegs abgestimmt und dämpft die durch Ungleichförmigkeiten des Laufs der Brennkraftmaschine her­ vorgerufenen Drehschwingungen.

In einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung ist das Steuerorgan als Feder ausgebildet, die der auf den Masse­ körper einwirkenden Fliehkraft entgegenwirkt und den Massekörper entsprechend der Abstand-Winkelgeschwindig­ keit-Charakteristik in einer durch die Winkelgeschwindig­ keit festgelegten Position im Gleichgewicht hält. Die Feder hat bevorzugt eine mit wachsendem Abstand des Masse­ körpers von der Drehachse progressiv zunehmende Feder­ kraft-Federweg-Charakteristik, was eine Abstimmung des Dämpfungsverhaltens auf die Motordrehzahl erlaubt. Bei geringen Motordrehzahlen hat die Feder eine vergleichs­ weise kleine Federkonstante und erlaubt damit vergleichs­ weise große Änderungen des Massenträgheitsmoments. Mit wachsender Drehzahl arbeitet die Feder in einem Kennli­ nienbereich mit höherer Federkonstante, womit sich bei einer Drehzahländerung eine geringer werdende Änderung des Massenträgheitsmoments ergibt. Diese Charakteristik ist dem mit wachsender Drehzahl abnehmenden Ungleichförmig­ keitsgrad der Brennkraftmaschine angepaßt. Um Resonanz­ schwingungen des durch den Drehmomentübertragungsweg, die Feder und den Massekörper gebildeten Schwingungssystems zu vermeiden, wird die Masse des Massekörpers und die Feder­ kraft-Federweg-Charakteristik der Feder so aufeinander ab­ gestimmt, daß das Schwingungssystem unterkritisch gekop­ pelt ist.

Dem Massekörper ist zweckmäßigerweise ein dessen radial äußere Position festlegender Endanschlag zugeordnet, wel­ cher eine bei Annäherung des Massekörpers an den Endan­ schlag wirksame Reibungsdämpfereinrichtung umfaßt. Die Reibungsdämpfereinrichtung unterdrückt Anschlaggeräusche des Massekörpers an dem Endanschlag.

Der erfindungsgemäß zur Drehschwingungsdämpfung benutzte Rotationsenergiespeicher muß nicht für den gesamten Dreh­ zahlbereich, in welchem Drehschwingungen auftreten können, ausgelegt sein. Zweckmäßigerweise ist der Rotationsener­ giespeicher lediglich in einem Teildrehzahlbereich wirk­ sam, während für andere Teildrehzahlbereiche herkömmliche, beispielsweise in die Kupplungsscheibe integrierte Dreh­ schwingungsdämpfer benutzt werden. Die Aufteilung der Drehschwingungsdämpfer auf unterschiedliche Systeme führt jedoch insgesamt zu einer Vereinfachung der drehschwin­ gungsdämpfenden Einrichtungen.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung einer er­ findungsgemäßen Antriebsanordnung für ein Kraft­ fahrzeug;

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Charakteristik der Federkraft F in Abhängigkeit des Federwegs S von Federn zeigt, die in einem Rotationsenergiespei­ cher der Anordnung nach Fig. 1 verwendet werden und

Fig. 3 eine schematische Detailansicht eines Endan­ schlags in dem Rotationsenergiespeicher.

Fig. 1 zeigt eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 1, deren Kurbelwelle 3 über eine Reibungskupplung 5 mit einer Eingangswelle 7 eines Schaltgetriebes 9 gekuppelt ist. Die Kupplung 5 ist her­ kömmlich aufgebaut und hat ein drehfest an der Kurbelwelle 3 befestigtes Schwungrad 11, an welchem ein Kupplungsge­ häuse 13 befestigt ist. In dem Kupplungsgehäuse 13 ist eine Anpreßplatte 15 drehfest, aber axial beweglich, ge­ führt. Axial zwischen dem Schwungrad 11 und der Anpreß­ platte 15 sitzt auf der Getriebeeingangswelle 7 eine Kupp­ lungsscheibe 17. Eine zwischen dem Kupplungsgehäuse 13 und der Anpreßplatte 15 eingespannte Membranfeder 19 spannt die Anpreßplatte 15 über die Kupplungsscheibe 17 gegen das Schwungrad 11. Mittels eines Ausrückers 21 kann die nor­ malerweise eingerückte Kupplung 5 ausgekuppelt werden.

Im Betrieb ergeben sich aufgrund des ungleichförmigen Laufs der Brennkraftmaschine 1 Drehschwingungen in dem von der Kurbelwelle 3 über die Kupplung 5 zum Getriebe 9 füh­ renden Drehmomentübertragungsweg. Diese Drehschwingungen führen zu unerwünschten Geräuschen. Zur Dämpfung der Dreh­ schwingungen ist mit der Kurbelwelle 3 der Brennkraft­ maschine 1 ein drehzahlabhängig steuerbarer Rotations­ energiespeicher 23 verbunden. Der Rotationsenergiespeicher 23 umfaßt mehrere an Führungen 25 radial zur Drehachse der Kurbelwelle 3 beweglich geführte Massekörper 27, die dreh­ fest mit der Kurbelwelle 3 um die Drehachse rotieren. Die Massekörper 27 sind, um Unwucht zu vermeiden, in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet. Den Massekörpern 27 sind Federn 29 zugeordnet, die der bei der Rotation auf die Massekörper 27 einwirkenden Fliehkraft entgegenwirken und die Massekörper in dem Betriebsdrehzahlbereich, in welchem durch den Rotationsenergiespeicher 23 Drehschwin­ gungen gedämpft werden sollen, in einer Gleichgewichtslage halten können.

Der Rotationsenergiespeicher 23 gleicht Winkelgeschwindig­ keitsschwankungen, die durch ungleichförmigen Lauf der Brennkraftmaschine 1 hervorgerufen werden, aus. Mit wach­ sender Winkelgeschwindigkeit werden die Massekörper 27 durch die anwachsende Fliehkraft entgegen der Kraft der Feder 29 von der Drehachse radial weg verstellt. Mit wach­ sendem Abstand r des Schwerpunkts der Massekörper 27 von der Drehachse nimmt das Massenträgheitsmoment des Rota­ tionsenergiespeichers 23 zu und das System der rotierenden Komponenten des Drehmomentübertragungswegs wird verzögert. Mit abnehmender Winkelgeschwindigkeit verkleinert sich der Abstand r und das Massenträgheitsmoment des Rotationsener­ giespeichers 23 nimmt ab. Die in dem Rotationsenergiespei­ cher 23 gespeicherte Energie beschleunigt das System der rotierenden Komponenten des Drehmomentübertragungswegs. Den Drehschwingungen wird damit dämpfend entgegengewirkt. Das aus den rotierenden Komponenten des Drehmomentübertra­ gungswegs sowie aus den Massekörpern 27 und den Federn 29 des Rotationsenergiespeichers 23 gebildete System ist un­ terkritisch gekoppelt, um gegenphasige, zu Aufschaukeln führende Phasenlagen zu vermeiden. Die Masse und der ra­ diale Verstellweg der Massekörper 27 ist so bemessen, daß der Rotationsenergiespeicher 23 ein Massenträgheitsmoment von wenigstens einem Drittel des Massenträgheitsmoments der rotierenden Komponenten des übrigen Drehmomentübertra­ gungswegs hat.

Der Ungleichförmigkeitsgrad der Brennkraftmaschine 1, d.h. das Verhältnis der im Verlauf jeder Kurbelwellenumdrehung auftretenden Drehzahlschwankung zum Wert der Drehzahl nimmt mit wachsender Drehzahl ab. Bei niedrigen Drehzahlen ist die Abnahmerate bzw. Änderungsgeschwindigkeit des Un­ gleichförmigkeitsgrads groß und nimmt ebenfalls mit wach­ sender Drehzahl ab. Der Rotationsenergiespeicher 23 ist deshalb so ausgelegt, daß er bei geringen Drehzahlen ver­ gleichsweise große Änderungen des Massenträgheitsmoments ermöglicht und bei höheren Drehzahlen kleine oder im Grenzbereich keine Änderungen seines Massenträgheitsmo­ ments zuläßt. Die Federn 29 haben hierzu eine Charakteri­ stik, bei welcher, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die Fe­ derkraft F abhängig vom Federweg s progressiv mit wach­ sendem Federweg zunimmt. Der Federweg s ist in Fig. 2 in Richtung wachsenden radialen Abstands r der Massekörper 27 von der Drehachse definiert. Aufgrund der Progression der Federkraft-Federweg-Charakteristik der Federn 29 kann sich das Massenträgheitsmoment des Rotationsenergiespeichers 23 im Bereich der Leerlaufdrehzahl und eines daran anschlies­ senden Drehzahlbereichs bis zum Beispiel 1800 Umdrehungen pro Minute stark ändern, während bei darüberliegenden Drehzahlen die Änderung des Massenträgheitsmoments des Ro­ tationsenergiespeichers 23 vergleichsweise klein ist. Die progressive Wirkung der Federn 29 läßt sich in herkömm­ licher Weise erreichen, beispielsweise durch mit progres­ siver Steigung gewickelte Schraubenfedern oder aber durch federwegabhängig nacheinander wirksam werdende Federsät­ ze.

Den Massekörpern 27 sind in den radial äußeren Stellungen Endanschläge 31 zugeordnet. Um Anschlagklappern beim An­ schlagen der Massekörper 27 an den Endanschlägen 31 zu vermeiden, haben die Endanschläge 31 federnde Anschlag­ dämpfeinrichtungen, die den auftreffenden Massekörper 27 abbremsen. Fig. 3 zeigt einen als Reibeinrichtung ausge­ bildeten Aufschlagdämpfer, bei welcher der Anschlag 31 quer zur Bewegungsrichtung 33 des Massekörpers 27 federnd ausgebildet ist und eine schräg verlaufende Reibfläche 35 hat, auf welcher der Massekörper 27 auftrifft und rei­ bungsgedämpft abgebremst wird. Bei dem Anschlag 31 kann es sich um eine den Massekörper 27 umschließende Reibungshül­ se handeln.

Wie in Fig. 1 bei 37 angedeutet ist, können zusätzlich zu dem Rotationsenergiespeicher 23 herkömmliche, insbesondere in die Kupplungsscheibe 17 integrierte Drehschwingungs­ dämpfer vorgesehen sein. Der Rotationsenergiespeicher 23 ist hierbei lediglich zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Teildrehzahlbereich bemessen. Der Rotationsenergie­ speicher 23 und der Drehschwingungsdämpfer 37 können auch in einem gemeinsamen Drehzahlbereich wirksam sein, wobei allerdings der Drehschwingungsdämpfer 37 nur noch ver­ gleichsweise geringe Schwankungen auszugleichen hat.

Claims (8)

1. Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (1), einem Getriebe (9), einer das Getriebe (9) mit der Brennkraftmaschine (1) kuppelnden Kupplung (5) und einem Drehschwingungsdamp­ fer (23) im Drehmomentübertragungsweg zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem Getriebe (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschwingungsdämpfer als Rotationsenergie­ speicher (23) ausgebildet ist und wenigstens einen mit dem Drehmomentübertragungsweg drehfest verbundenen, jedoch radial zur Drehachse des Drehmomentübertragungs­ wegs bebeweglichen Massekörper (27) sowie ein den Ab­ stand des Massekörpers (27) von der Drehachse entspre­ chend einer vorbestimmten Abstand-Winkelgeschwindigkeit- Charakteristik einstellendes Steuerorgan (29) auf­ weist, welches den Abstand des Massekörpers (27) von der Drehachse mit wachsender Winkelgeschwindigkeit vergrößert und mit abnehmender Winkelgeschwindigkeit verkleinert.

2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerorgan als Feder (29) ausge­ bildet ist, die der auf den Massekörper (27) einwir­ kenden Fliehkraft entgegenwirkt und den Massekörper entsprechend der Abstand-Winkelgeschwindigkeit- Charakteristik justiert.

3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feder (29) eine mit wachsendem Abstand des Massekörpers von der Drehachse progressiv zunehmende Federkraft-Federweg-Charakteristik hat.

4. Antriebsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Masse des Massekörpers (27) und die Federkraft-Federweg-Charakteristik so aufeinander abgestimmt sind, daß das durch den Drehmomentübertra­ gungsweg, die Feder (29) und den Massekörper (27) ge­ bildete Schwingungssystem ein unterkritisch gekoppel­ tes Schwingungssystem bildet.

5. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Massekörper (27) ein die radial äußere Position festlegender Endanschlag (31) zugeordnet ist, welcher eine bei Annäherung des Massekörpers (27) an den Endanschlag (31) wirksame Reibungsdämpfereinrichtung (35) umfaßt.

6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit gleichen Win­ kelabständen um die Drehachse herum angeordnete Masse­ körper (27) vorgesehen sind.

7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das gesamte Masseträgheitsmoment der Massekör­ per (27) im Regelbereich des Rotationsenergiespeichers (23) wenigstens ein Viertel des Masseträgheitsmoments der zu dämpfenden, rotierenden Masse des Drehmomentübertragungswegs beträgt.

8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Massekörper (27) in die Kupplung (5) integriert sind.