Verfahren und Vorrichtung zum Dämpfen von Torsionsschwinqunqen in einem Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Dämpfen von Torsionsschwingungen in dem Antiebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wobei zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle eine definierte Dreh-Nachgiebigkeit zugelassen wird. In Verbindung mit der Dreh-Nachgiebigkeit wird eine axiale Kraft aufgebaut.

Aus dem Stand der Technik ist eine Anzahl von Schriften bekannt, die sich mit dem Thema von Torsionsschwingungsdämpfer im Kraftfahrzeugbereich beschäftigen. Wohl am weitesten verbreitet sind Torsionsschwingungsdämpfer die im Wesentlichen aus zwei parallelen Scheiben bestehen, zwischen denen mindestes eine umfänglich wirkende Wendelfeder wirkt. Hierbei ist eine der Scheiben am Ende der einen Welle angeordnet und die zweite Scheibe an dem benachbarten Wellenende der Nachbarwelle. Diese Torsionsschwingungsdämpfer werden bei Kupplungen, Zweimassenschwungrädern und Wandler-überbrückungskupplungen angewendet.

In einer anderen Ausgestaltung der Torsionsschwingungsdämpfer für den Kraftfahrzeugbereich werden keine umfänglich wirkenden Wendelfedern eingesetzt, sondern durch eine entsprechenden Rampenfunktion wird ein Axialschub von der einen Scheibe des Torsions- schwingungsdämpfers auf die zweite Scheibe der nachfolgenden zweiten Welle ausgeübt. Durch eine axial wirkende Feder kann dann die Schwingungsenergie vorübergehend gespeichert werden. Der Axialschub wird in der Weise erzeugt, in dem an mindestens einer der beiden Scheiben an der Stirnseite linsenförmige Vertiefungen angebracht sind. Diese linsenförmigen Vertiefungen werden in der Fachwelt häufig auch als Doppelrampe bezeichnet. In einer derartigen Doppelrampe ist dann ein Wälzkörper angeordnet, der dann auch im tiefsten Punkt der Doppelrampe die Nachbarscheibe stirnseitig berührt. Meistens ist dieser Wälzkörper dann als Kugel ausgebildet. In der Schrift DE 100 17 688 A1 ist in den Figuren 15 bis 17 die Ausgestaltung der Doppelrampe gut zu sehen. Wie auch weiterhin dieser Schrift zu entnehmen ist, wird durch die Relativ-Verdrehung der einen Scheibe zur anderen Scheibe ein Axialschub aufgebaut, der beim Nachlassen der eingeleiteten Drehmomentspitze wieder in Drehmoment umgewandelt wird. Aus der Schrift DE 196 26 685 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer auf der Doppelrampenbasis zu sehen, der die Torsionsschwingungen in einem Drehmomentwandler minimiert.

Den genannten Doppelrampen-Torsionsschwingungsdämpfem ist gemeinsam, dass sie allein durch die Geometrie der Doppelrampe, dem Wirkradius der Doppelrampe (also den Abstand von der Drehachse zur Mittellinie der Doppelrampe) und der axialen Federsteifigkeit bestimmt sind. Aus diesem Grunde wirken die Doppelrampen-Torsionsschwingungsdämpfer nur für einen engen Frequenzbereich dämpfend.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Torsionsschwingungsdämpfer - bzw. entsprechende Dämpfungssysteme - für Kraftfahrzeuge zu verbessern.

Die Erfinder haben erkannt, dass ein Torsionsschwingungsdämpfer in Verbindung mit einem Hydrauliksystem die Dämpfung deutlich verbessern würde. Da bei einem Torsionsschwingungsdämpfer mit umfänglich wirkenden Wendelfedern, ein hydraulisches System zu erheblichen Abdichtungsproblemen führen würde, wurde das erfinderische Dämpfungssystem aus einem Doppelrampen-System heraus entwickelt. Der entscheidende Gedanke ist hierbei, dass der aus einem Drehstoß entstehende Axialschub nicht mittels Federn aufgefangen wird, sondern über eine Kolbeneinheit in einen öldruck umgewandelt wird. Dieser öldruck kann dann durch verschiedenste Maßnahmen beeinflusst werden. Durch die Beeinflussung des öldruckes kann das Dämpfungssystem auch von außen her verändert werden, wodurch nicht nur der Dämpfungsgrad, sondern auch gezielt bestimmte Frequenzspektren selektiert werden können. Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Aufbau eines Dreiwellen-Dämpfungssystem;

Figur 2 eine Schnittdarstellung durch ein Dreiwellen-Dämpfungssystem;

Figur 3 ein Dämpfungssystem wie unter Figur 2, jedoch mit einem zusätzlichen

Wendelfederdämpfer zwischen der ersten und der zweiten Welle;

Figur 4 ein Dämpfungssystem wie unter Figur 2, jedoch mit einem zusätzlichen Wendelfederdämpfer zwischen der ersten und der dritten Welle;

Figur 5 ein Dämpfungssystem wie unter Figur 2, jedoch mit einem Wendelfederdämpfer zwischen der zweiten und der dritten Welle;

In der Figur 1 ist schematisch das erfindungsgemäße Dämpfungssystem in Verbindung mit einer Dreiwellen-Anordnung zu sehen. In dem Kraftfluss - der auch als Momentenfluss bezeichnet werden kann - von einer Brennkraftmaschine zum Abtrieb - beispielsweise den Rädern - kommt ein Moment M _e j _n einer Welle 1 über eine zweite Welle 17 zu einer dritten Welle 18. Die Welle 1 und die Welle 17 sind über eine Drehverbindung miteinander verbunden, die hier als Doppelrampe 3 ausgebildet ist. Wegen der schematischen Darstellung der Doppelrampe 3 möchte man annehmen, dass es nur in einer Verdrehrichtung der Welle 1 zur Welle 17 ein Axialschub zustande käme. Gemeint ist aber, dass bei einer umgekehrten Relativdrehbewegung zwischen Welle 1 und Welle 17 auch ein Axialschub aufgebaut wird. Zur Verdeutlichung der Doppelrampenfunktion soll an dieser Stelle noch einmal auf die Schrift DE 100 17 688 A1 mit ihren Figuren 15 bis 17 verwiesen werden. Ferner wird auch in der nachfolgenden Figurenbeschreibung noch näher auf die konstruktive Gestaltung des erfinderischen Dämpfungssystems eingegangen. Das Moment M^^ _en wird an eine zweite Drehverbindung zwischen der Welle 17 und der Welle 18 weitergeleitet. Am Ende des zeichnerisch dargestellten Kraftflusses steht ein Moment M _aus an. Die Drehverbindung zwischen der zweiten Welle 17 und der dritten Welle 18 wird durch eine zweite Doppelrampe 5 realisiert. Eine besondere Bedeutung kommt dem Teil der Doppelrampe 3 zu, das drehfest mit der zweiten Welle 17 verbunden ist, denn in Abhängigkeit von der relativen Verdrehung der Welle 1 zur Welle 17 wird hier ein ölfluss derart abgeleitet, so dass sich ein öldruck P _mess zwischen zwei Blenden 14 und 15 (= B ₂ , B ₁ ) einstellt. Ein Systemdruck P _sys ist wiederum zwischen der Blende 15 und einer dritten Blende 16 (= B ₃ ) vorhanden. Zwischen der Blende 16 und der Blende 14 ist ein Druckbegrenzungsventil 12 (= DBV) vorhanden, welches den Druck P _ist einstellt. Der Druck Pi _st beaufschlagt den Teil der Doppelrampe 5, der drehfest mit der zweiten Welle 17 verbunden ist.

Die Erfindung wird deutlicher, wenn man sich der Figur 2 zuwendet. Der obere Teil der Figur 2 stellt dabei im Wesentlichen eine technische Zeichnung dar, während der untere Teil den schematischen Aufbau der Hydraulik wiedergibt. Die Welle 1 ist hierbei drehfest mit einem ersten Bauteil 25 der ersten Drehverbindung verbunden. Die Welle 1 ist hierbei mit einer Zusatz-Schwungmasse 2 drehfest verbunden. Diese Zusatz-Schwungmasse 2 ist für das Funktionieren des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems nicht zwingend erforderlich, da bei einem ausreichendem Massenträgheitsmoment der Welle 1 und der damit drehfest verbundenen Komponenten, ein ausreichendes Massenträgheitsmoment vorhanden sein könnte. Das erste Bauteil, der ersten Drehverbindung 25 ist in der Figur 2 mittels eines Wälzkörpers mit einem zweiten Bauteil 21 der ersten Drehverbindung in Kontakt. Eine Doppelrampe ist aus zeichnerischen Gründen hier nur schwer darstellbar und wird auch in der aufgeschnittene

Darstellung auch durch den Wälzkörper verdeckt. Diese Doppelrampe kann nur am Bauteil 25 oder auch nur am Bauteil 21 , aber auch gleichzeitig am Bauteil 25 und 21 angebracht sein. Kommt es nun zu einer Relatiwerdrehung - beispielsweise durch eine Drehmoment-/ Drehzahlspitze - zwischen den Bauteilen 25 und 21 , so würde wegen der axial festen Position der Welle 1, das Bauteil 21 nach rechts ausweichen. Damit ist das Bauteil 21 nicht nur das zweite Bauteil der ersten Drehverbindung, sondern zugleich auch ein Kolben 21, der zusammen mit einer festen Wand 23 der zweiten Welle 17 einen ersten Druckraum 4 bildet. Der erste Druckraum 4 ist mittels eines öl-Zuflusses 32 hydraulisch mit einer ölförderpumpe 10 verbunden. Da der Kolben 21 mittels einer axial sich erstreckenden Verzahnung 19 mit der zweiten Welle

17 drehfest verbunden ist, kann er dem vom Bauteil 25 übertragenen Moment nicht ausweichen und leitet es somit in die zweite Welle 17 ein. Wegen der axialen Verschiebbarkeit des Kolbens 21 wird eine von ihm gebildete Steuerkante mehr oder weniger stark über den Eingang eines Rücklaufes 31 geschoben. Dadurch baut sich in dem ersten Druckraum 4 ein für das zu übertragene Drehmoment typischer öldruck auf.

So weit wie das erfindungsgemäße Dämpfungssystem bis hierher beschrieben wurde, wäre es vorstellbar, dass mittels einer ölversorgung und einem öldruckspeicher (d.h. mit einem e- lastischen Speicherraum) Torsionsschwingungen gedämpft werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Welle 17 mittels einer zweiten Drehverbindung mit einer dritten Welle 18 drehfest verbunden. Hierbei stellt erfindungsgemäß wiederum eine Doppelrampe - und zwar die Doppelrampe 5 - eine Verbindung zwischen zwei Wellen her. Ein erstes Bauteil 26 der zweiten Drehverbindung ist gemäß der Figur 1 zwar mit der festen Wand 23 verbunden, jedoch kann das Bauteil 26 auch direkt mit dem Wellenkörper verbunden sein. Das zweite Bauteil 22 der zweiten Drehverbindung ist wiederum als Kolben ausgebildet und ist mittels einer zweiten, axialen Verzahnung 20 drehfest mit der dritten Welle

18 verbunden. Der Kolben 22 bildet zusammen mit einer festen Wand 24 einen zweiten Druckraum 7. Wie bereits schon bezüglich der ersten Welle 1 ausgeführt wurde, muss auch bezüglich der zweiten Welle 17 und der dritten Welle 18 klargestellt werden, dass die zweite Welle 17 über ein Massenträgheitsmoment verfügt, welches noch durch eine Zusatzschwungmasse 6 erhöht werden kann. Auch die dritte Welle 18 kann mit einer Zusatzschwungmasse versehen sein. Stellt die dritte Welle 18 beispielsweise eine Getriebeeingangswelle dar, so stellen die mit ihr drehfest verbundene Massen ein hohes Massenträgheitsmoment dar, wodurch eine Zusatzschwungmasse 8 auch entfallen könnte.

Gemäß der Figur 2 ist die zweite Welle 17 mittel zweier Lager 36 und 37 zwischen der ersten Welle 1 und der dritten Welle 18 gelagert. Da in der Figur 2 diese Lagerung nur symbolisch dargestellt ist, könnte es auch sein, dass die Lager axial zwischen der ersten Welle 1 und der zweiten Welle 17, bzw. zwischen der zweiten Welle 17 und der dritten Welle 18 angeordnet sind. Wichtig für das Funktionieren des erfindungsgemäßen Dämpfungssystems ist lediglich, dass die zweite Welle 17 zwischen der ersten Welle 1 und der dritten Welle 18, axial nicht verschiebbar ist.

Der erste Druckraum 4 kann auch Druckmessraum genannt werden, denn in diesem Raum wird ein drehmomentabhängiger öldruck erzeugt. Je mehr der Kolben 21 sich nach rechts bewegt, desto mehr verschließt der Kolben - oder eine von ihm gebildete Steuerkante - eine radial außen liegende öffnung des Rücklaufes 31. Der Rücklauf 31 führt das öl dem Tank 9 zu. Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist der Druckraum 4 über einen Zufluss 32 mit dem hydraulischen System verbunden. Das hydraulische System ist aber auch über einen Zufluss 38 mit dem zweiten Druckraum 7 verbunden. Zwischen den Blenden 14 und 16 des oberen Zweiges des hydraulischen Systems ist ein Druckbegrenzungsventil 12 angeordnet. Dieses Druckbegrenzungsventil 12 ist über einen ersten Eingang 33 und einen zweiten Eingang 34 mit dem hydraulischen System verbunden. Ein innerhalb des Druckbegrenzungsventils 12 angeordneter Kolben 13 ist mit einer Feder vorgespannt. Diese Vorspannung kann je nach gewünschtem Dämpfungsverhalten des erfindungsgemäßen Dämpfersystems verändert werden. Je nach dem anstehenden Druck zwischen den Eingängen 33 und 34 des Druckbegrenzungsventils 12 verschiebt sich der Kolben 13, wodurch wiederum eine dritte öffnung mehr oder weniger stark freigegeben wird, wodurch ein öl-Rückstrom in den Tank 9 ermöglicht wird. Es sei in diesem Zusammenhang auch noch erwähnt, dass ein Druckbegrenzungsventil 11 für eine Konstanz des öldruckes in dem Teil des hydraulischen Systems sorgt, dessen eine Ende durch die Blende 15 und das andere Ende durch die Blende 16 gebildet wird. Zwischen diesen beiden so genannten Blenden befindet sich die Pumpe 10, die aus dem Tank 9 für eine ständige ölzufuhr sorgt.

Durch die Anordnung der Blenden 15 und 14 beidseits des Zuflusses 32 - bzw. durch die Anordnung der Blenden 14 und 16 beidseits der Zuflüsse 33 und 34 des Druckbegrenzungsventil 12 - lassen sich Druckverhältnisse zwischen dem Druckraum 4 (= Druckmessraum) und dem zweiten Druckraum 7 (= P _ist ) einstellen. Außerdem lässt sich durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Hydrauliksystems das Schwingverhalten der mechanischen Teile beeinflussen, wodurch die Dämpfung von Torsionsschwingungen auch auf bestimmte Frequenzbereiche abgestimmt werden kann.

Die Figur 3 unterscheidet sich zu der Figur 2, in dem ein Torsionsschwingungsdämpfer 27 mit umfänglich wirkenden Wendelfedern 30 in dem Kraftfluss zwischen der ersten Welle 1 und der zweiten Welle 17 geschaltet ist. Hierbei ist ein Primärteil 28 des Wendelfederdämpfers 27 drehfest mit der ersten Welle 1 verbunden. Ein Sekundärteil 29 des Wendelfederdämpfers 27 ist hingegen mit der zweiten Welle 17 drehfest verbunden.

Die Figur 4 unterscheidet sich zu Figur 3 dahingehend, dass das Sekundärteil 29 des Wendelfederdämpfers 27 mit der dritten Welle 18 verbunden ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung - zu sehen in der Figur 5 - ist das Primärteil 28 des Wendelfederdämpfers 27 drehfest mit der zweiten Welle 17 verbunden. Die Ausführungsbeispiele der Figuren 3 bis 5 zeigen in eindringlicher Form, dass das erfindungsgemäße Dämpfersystem in vorteilhafter Weise mit den bekannten Wendelfeder-Dämpfungssystemen kombiniert werden kann.

Bezugszeichenliste

erste Welle Zusatz-Schwungmasse (der ersten Welle) Doppelrampe zwischen erster und zweiter Welle (Messrampe) erster Druckraum (Druckmessraum) Doppelrampe zwischen zweiter und dritter Welle (Kraftrampe) Zusatz-Schwungmasse (der zweiten Welle) zweiter Druckraum (P _ist ) Zusatz-Schwungmasse (der dritten Welle) Tank Pumpe Druckbegrenzungsventil DBV1 zur Einstellung des Systemdrucks Druckbegrenzungsventil (Steuerventil) Kolben mit vorgespannter Feder vom Druckbegrenzungsventil 12 Filterblende B2 zur Einstellung des Solldruckes Blende B1 Blende B3 zweite Welle dritte Welle erste Verzahnung zweite Verzahnung erster Kolben zweiter Kolben feste Wand feste Wand erstes Bauteil der ersten Drehverbindung erstes Bauteil der zweiten Drehverbindung Wendelfeder-Dämpfer Primärteil des Wendelfeder-Dämpfers Sekundärteil des Wendelfeder-Dämpfers Wendelfeder/ Druckfeder Rücklauf Zufluss erster Druckraum erster Eingang des Druckbegrenzungsventils 12

zweiter Eingang des Druckbegrenzungsventils 12 Rotationsachse Lager Lager Zufluss für zweiten Druckraum