Torsionsschwingungsdämpfer

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer, insbesondere ein geteiltes Schwungrad, zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang, mit einer primären und einer sekundären Schwungmasse, die gegen den Widerstand einer ersten Energiespeichereinrichtung und/oder einer zweiten Energiespeichereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, die parallel zu der ersten Energiespeichereinrichtung schaltbar beziehungsweise geschaltet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang mit einem vorab beschriebenen Torsionsschwingungsdämpfer.

Derartige Torsionsschwingungsdämpfer sind zum Beispiel im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen den Antriebsmotor und das Getriebe geschaltet. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs können, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, Schwankungen oder Ungleichmäßigkeiten des vom Antriebsmotor abgegebenen Antriebsmoments auftreten, welche die primäre Schwungmasse zu Schwingungen anregen. Diese Schwingungen sollen nicht auf die sekundäre Schwungmasse übertragen werden, da sie in einem mit der sekundären Schwungmasse gekoppelten Getriebe zu Beschädigungen führen könnten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der es ermöglicht, im Betrieb auftretende Ungleichförmigkeiten, insbesondere Antriebsmomentschwankungen, schwingungstechnisch zu isolieren.

Die Aufgabe ist bei einem Torsionsschwingungsdämpfer , insbesondere einem geteiltes Schwungrad, zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang, mit einer primären und einer sekundären Schwungmasse, die gegen den Widerstand einer ersten Energiespeichereinrichtung und/oder einer zweiten Energiespeichereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind, die parallel zu der ersten Energiespeichereinrichtung schaltbar beziehungsweise geschaltet ist, dadurch gelöst, dass ein mechanischer Variator in Reihe mit der ersten oder der zweiten Energiespeichereinrichtung schaltbar beziehungsweise geschaltet ist. Der mechanische Variator ermöglicht es, Schwankungen des Antriebsmotormoments mit Hilfe der vorzugsweise als degressive Federeinrichtung ausgeführten zweiten Energiespeichereinrichtung so zu filtern, dass nur ein Mittelmoment von der primären auf die sekundäre Schwungmasse übertragen wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Variator durch eine im Betrieb auftretende Verformung der zweiten Energiespeichereinrichtung regelbar ist, die eine degressive Federwirkung hat. Der mechanische Variator ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Nachführung der zweiten Energiespeichereinrichtung.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schwungmassen durch die erste Energiespeichereinrichtung miteinander gekoppelt sind. Die erste Energiespeichereinrichtung hat vorzugsweise eine relativ große Steifigkeit, um bei eingeschränktem Verdrehwinkel die übertragung großer Antriebsmomente zu ermöglichen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Variator als Getriebe ausgeführt ist. Das Getriebe ermöglicht eine variable Variatorübersetzung.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Variator ein Planetengetriebe umfasst. Das Planetengetriebe wird auch als Umlaufrädergetriebe bezeichnet.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Variator ein Hohlrad, Planetenräder sowie ein Antriebssonnenrad und ein Abtriebssonnen rad umfasst. Das Hohlrad kann feststehend ausgeführt sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssonnenrad in axialer Richtung in einem festen Abstand zu dem Abtriebssonnenrad angeordnet ist. Allerdings sind die beiden Sonnenräder zusammen, insbesondere mit der sekundären Schwungmasse, in axialer Richtung bewegbar, um eine änderung der Variatorübersetzung zu ermöglichen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssonnenrad drehbar zu dem Abtriebssonnenrad ist. Das Antriebssonnenrad kann mit Hilfe einer Lagereinrichtung an der sekundären Schwungmasse gelagert sein.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Schwungmasse durch die zweite Energiespeichereinrichtung mit einem Träger gekoppelt ist, der wiederum mit dem Variator gekoppelt ist. Vorzugsweise ist das Antriebssonnenrad drehfest mit dem Träger verbunden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger über einen Rampenmechanismus mit der primären Schwungmasse zusammenwirkt. Der Rampenmechanismus dient dazu, die Verformung der zweiten Energiespeichereinrichtung in einen Axialweg der Sonnenräder und dadurch in eine änderung der Variatorübersetzung zu transformieren. Durch entsprechende Auslegung der Rampensteigung kann eine gewünschte Abhängigkeit der Variatorübersetzung von der Verformung der zweiten Energiespeichereinrichtung umgesetzt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsschwingungsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad durch eine zusätzliche übersetzungseinrichtung kinematisch mit der sekundären Schwungmasse gekoppelt ist. Dadurch wird die Genauigkeit des Variators erhöht, wenn die übersetzung beziehungsweise das übersetzungsverhältnis sehr nahe zu 1 sein soll. Das hat zur Folge, dass eine kleine Abweichung der Variatorübersetzung von 1 bei einem größeren Axialweg erreicht werden kann und die geometrischen Toleranzen nicht so kritisch sind.

Bei einem Verfahren zur Drehmomentübertragung in einem Antriebsstrang, mit einem vorab beschriebenen Torsionsschwingungsdämpfer, ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass ein statisches Eingangsmoment über die erste Energiespeichereinrichtung auf die sekundäre Schwungmasse übertragen wird, wenn sich die zweite Energiespeichereinrichtung in einer Ruhelage befindet und die Variatorübersetzung gleich 1 ist, und dadurch, dass die beiden Energiespeichereinrichtungen, wenn Antriebsmomentschwankungen mit relativ hohen Frequenzen auftreten, zusammenwirken, solange die zweite Energiespeichereinrichtung in einem zulässigen Arbeitsbereich arbeitet. Beide Energiespeichereinrichtungen zusammen wirken als insgesamt weiche Feder, so dass der erfindungsgemäße Torsionsschwingungsdämpfer als Tiefpassfilter für das auftretende Moment wirkt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Energiespeichereinrichtung, wenn ein im Betrieb auftretendes Mittelmoment quasi statisch ansteigt oder absinkt, aus ihrem zulässigen Arbeitsbereich heraus bewegt und eine

Nachstellung stattfindet, indem die Variatorübersetzung so verstellt wird, dass sie von 1 abweicht und die zweite Energiespeichereinrichtung in ihren zulässigen Arbeitsbereich zurückkehrt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

Figuren schematische Darstellungen eines Torsionsschwingungsdämpfers gemäß ver-

1 bis 4 vier verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung;

Figur 5 ein Gestaltungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Torsionsschwingungs- dämpfer in der Anfangsstellung;

Figur 6 den Torsionsschwingungsdämpfer aus Figur 5 in einer Nachstellungsstellung und

Figur 7 einen ähnlichen Torsionsschwingungsdämpfer wie in den Figuren 5 und 6 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Figuren 1 bis 4 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer in Form eines Zweimassenschwungrads dargestellt. Das Zweimassenschwungrad umfasst eine an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs befestigbare primäre Schwungmasse 1, die auch als primäres Schwungrad bezeichnet wird. Eine sekundäre Schwungmasse 2 ist mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Lagereinrichtung koaxial und relativ zu der primären Schwungmasse 1 verdrehbar gelagert. Die sekundäre Schwungmasse 2 wird auch als sekundäres Schwungrad bezeichnet. Die primäre Schwungmasse 1 ist über eine komprimierbare Energiespeicher aufweisende erste Energiespeichereinrichtung 3 antriebsmäßig mit der sekundären Schwungmasse 2 verbunden. Bei den Energiespeichern der ersten Energiespeichereinrichtung 3 handelt es sich vorzugsweise um mehrere längliche Schraubenfedern mit einem relativ großen Kompressionsweg. Eine zweite Energiespeichereinrichtung 4 ist parallel zu der ersten Energiespeichereinrichtung 3 geschaltet. Die zweite Energiespeichereinrichtung 4 umfasst mindestens eine degressive oder inverse Feder. Die degressive oder inverse Wirkung der zweiten Energiespeichereinrichtung 4 wirkt der Federwirkung der ersten Energiespeichereinrichtung 3 entgegen, um Schwingungen zu isolieren.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist in den Torsionsschwingungsdämpfer ein mechanischer Variator 5 integriert. Dadurch wird ein mechanisch-hydraulischer Torsionsschwingungsdämpfer auf Basis einer degressiven Feder geschaffen, der Antriebsmomentschwankungen filtert und ein Mittelmoment überträgt.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Energiespeichereinrichtung 4 in Reihe zwischen die primäre Schwungmasse 1 und den mechanischen Variator 5 geschaltet. Der mechanische Variator 5 wiederum ist in Reihe zwischen die zweite Energiespeichereinrichtung 4 und die sekundäre Schwungmasse 2 geschaltet. Durch einen Doppelpfeil 8 ist die Verformung der zweiten Energiespeichereinrichtung 4 im Betrieb angedeutet. Durch eine gestrichelte Linie 9 ist angedeutet, dass die Verformung 8 der zweiten Energiespeichereinrichtung 4 zur Steuerung beziehungsweise Regelung des mechanischen Variators 5 verwendet wird.

Der in Figur 1 dargestellte Torsionsschwingungsdämpfer funktioniert wie folgt: Als Ausgangspunkt wird ein Zustand betrachtet, bei dem ein statisches Eingangsmoment auf das primäre Schwungrad 1 wirkt und von der ersten Energiespeichereinrichtung 3, die auch als Hauptfeder bezeichnet wird, komplett auf das sekundäre Schwungrad 2 übertragen wird. Dabei befindet sich die zweite Energiespeichereinrichtung 4 in ihrer Ruhelage und erzeugt kein Moment. Wenn Motormomentschwankungen mit relativ hohen Frequenzen auftreten, dann wird die Gesamteinrichtung schwingen und funktioniert als Tiefpassfilter für Moment. Bezüglich der auftretenden Schwingungen wirken die erste Energiespeichereinrichtung 3 und die zweite Energiespeichereinrichtung 4 zusammen als insgesamt weiche Feder. Wenn das Mittelmoment quasi statisch ansteigt oder absinkt, dann neigt die zweite Energiespeichereinrichtung 4 dazu, aus ihrem Arbeitsbereich zu wandern. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung findet eine Nachstellung oder Nachführung der zweiten Energiespeichereinrichtung 4 statt.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der mechanische Variator 5 in Reihe zwischen die primäre Schwungmasse 1 und die zweite Energiespeichereinrichtung 4 geschaltet. Die zweite Energiespeichereinrichtung 4 wiederum ist in Reihe zwischen den mechanischen Variator 5 und die zweite Schwungmasse 2 geschaltet. Ansonsten funktioniert der in Figur 2 dargestellte Torsionsschwingungsdämpfer genauso wie der in Figur 1 dargestellte Torsionsschwingungsdämpfer.

Bei den in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der mechanische Variator 5 jeweils in Reihe mit der ersten Energiespeichereinrichtung 3 geschaltet. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der mechanische Variator 5 des Weiteren in Reihe zwischen die primäre Schwungmasse 1 und die erste Energiespeichereinrichtung 3 geschaltet. Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der mechanische Variator 5 in Reihe zwischen die erste Energiespeichereinrichtung 3 und die sekundäre Schwungmasse 2 geschaltet. Der mechanische Variator 5 wird bei den in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen, wie bei den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen, durch die Verformung der zweiten Energiespeichereinrichtung 4 gesteuert.

In den Figuren 5 bis 7 sind zwei Beispiele einer konstruktiven Umsetzung des in Figur 1 schematisch dargestellten Torsionsschwingungsdämpfers gezeigt. Ein primäres Schwungrad 11 und ein sekundäres Schwungrad 12 sind durch eine erste Energiespeichereinrichtung 13 miteinander gekoppelt. Die erste Energiespeichereinrichtung 13 umfasst zwei Hauptfedern. Das primäre Schwungrad 11 ist darüber hinaus durch eine zweite Energiespeichereinrichtung 14 mit einem mechanischen Variator 15 gekoppelt. Die zweite Energiespeichereinrichtung 14 umfasst mehrere degressive Federn. Der mechanische Variator 15 wird durch die Verformung der degressiven Federn 14 geregelt.

Konkret kann die Variatorübersetzung eine stetige nicht fallende Funktion der Verformung der degressiven Federn 14 sein, eventuell mit einem Intervall, in welchem die übersetzung konstant und gleich 1 bleibt und das einem zulässigen Arbeitsbereich der degressiven Federn 14 entspricht. Die zweite Energiespeichereinrichtung 14 umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel mehrere vorgespannte und radial angeordnete degressive Federn.

Der mechanische Variator 15 umfasst ein Hohlrad 16, das bei dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel feststehend ist. Mit dem Hohlrad 16 befinden sich Planetenräder 17, 18 in Eingriff, die darüber hinaus mit einem Antriebssonnenrad 21 und einem Abtriebssonnenrad 22 in Eingriff stehen. Das Abtriebssonnenrad 22 ist fest mit der sekundären Schwungmasse 12 verbunden. Das Antriebssonnenrad 21 ist in einem festen axialen Abstand zu dem Abtriebssonnenrad 22 angeordnet und mit Hilfe einer Lagereinrichtung 23 drehbar an der sekundären Schwungmasse 12 gelagert.

Das Antriebssonnenrad 21 ist drehfest mit einem Träger 24 verbunden, der über die zweite Energiespeichereinrichtung 14 mit der primären Schwungmasse 11 gekoppelt ist. Der Träger

24 und die sekundäre Schwungmasse 12 werden als Antrieb und Abtrieb durch den mechanischen Variator 15 gekoppelt. Darüber hinaus wirkt der Träger 24 über einen Rampenmechanismus 25 mit der primären Schwungmasse 11 zusammen. Der Rampenmechanismus 25 dient dazu, die Verformung der zweiten Energiespeichereinrichtung 14 in einem axialen Weg der in axialer Richtung fest miteinander gekoppelten Sonnenräder 21 , 22 und dadurch in eine übersetzungsänderung zu transformieren. Durch eine Auslegung der Rampensteigung kann eine gewünschte Abhängigkeit der Variatorübersetzung von der Verformung der zweiten Energiespeichereinrichtung umgesetzt werden.

In Figur 6 ist die änderung der Variatorübersetzung durch eine Axialverschiebung der Sonnenräder 21, 22 angedeutet. Das Funktionsprinzip des in den Figuren 5 und 6 dargestellten Torsionsschwingungsdämpfers kann wie folgt beschrieben werden. Als Ausgangszustand wird der in Figur 5 dargestellte Zustand betrachtet, bei dem ein statisches Eingangsmoment auf das primäre Schwungrad 11 wirkt und von der ersten Energiespeichereinrichtung 13, die auch als Hauptfeder bezeichnet wird, komplett auf die sekundäre Schwungmasse 12 übertragen wird. Dabei ist die zweite Energiespeichereinrichtung 14, die auch als degressive Feder bezeichnet wird, in ihrer Ruhelage und erzeugt kein Moment. Die zugehörige Variatorübersetzung ist gleich 1. Wenn Motormomentschwankungen mit relativ hohen Frequenzen auftreten, dann wird der gesamte Torsionsschwingungsdämpfer schwingen und funktioniert als Tiefpassfilter für das Antriebsmoment. In diesem Fall bleibt die degressive Feder 14 in ihrem zulässigen Arbeitsbereich. Bezüglich der Schwingungen wirken die Hauptfeder 13 und die degressive 14 als insgesamt weiche Feder zusammen.

Wenn das Mittelmoment quasi statisch ansteigt oder absinkt, dann neigt die degressive Feder 14 dazu, aus ihrem Arbeitsbereich zu wandern und es findet eine Nachstellung oder Nachführung statt. Die Nachstellung oder Nachführung besteht darin, dass die Variatorübersetzung von 1 abweicht und dadurch die degressive Feder in ihren Arbeitsbereich zurückkehrt.

Das Intervall der konstanten übersetzung ist gewünscht, aber nicht nötig. Es genügt, wenn der Regelkreis langsam bezüglich der isolierenden Schwingungen ist. Der Regler kann auch nach einem in der Regelungstechnik gängigen Muster, zum Beispiel als P-, PI- und PID- Regler, gestaltet werden.

In Figur 7 ist ein verbesserter Torsionsschwingungsdämpfer mit einem modifizierten mechanischen Variator 35 dargestellt. Die Modifizierung besteht darin, dass das Hohlrad 36 nicht

mehr feststehend ist, sondern durch eine zusätzliche übersetzungseinrichtung 38 kinematisch mit dem sekundären Schwungrad 12 gekoppelt ist. Dadurch wird die Genauigkeit des mechanischen Variators erhöht, wenn die übersetzung sehr nahe zu 1 sein soll. Das hat zur Folge, dass eine kleine Abweichung der Variatorübersetzung von 1 bei einem größeren Axialweg erreicht werden kann und die geometrischen Toleranzen nicht zu kritisch sind.

Die zusätzliche übersetzungseinrichtung 38 umfasst ein Abtriebszahnrad 41, das drehfest mit der sekundären Schwungmasse 12 verbunden ist und sich in Eingriff mit einem ersten übersetzungsrad 42 befindet. Das erste übersetzungsrad 42 hat einen etwas kleineren Außendurchmesser als ein zweites übersetzungsrad 43, das über ein Kopplungszahnrad 45 mit dem Hohlrad 36 gekoppelt ist. Das Hohlrad 36 ist drehbar gelagert. Die beiden übersetzungsräder 42, 43 sind drehfest miteinander verbunden und zusammen drehbar gelagert.

Bezugszeichenliste

1. primäre Schwungmasse

2. sekundäre Schwungmasse

3. erste Energiespeichereinrichtung

4. zweite Energiespeichereinrichtung

5. mechanischer Variator

8. Doppelpfeil

9. gestrichelte Linie

11. primäres Schwungrad

12. sekundäres Schwungrad

13. erste Energiespeichereinrichtung

14. zweite Energiespeichereinrichtung

15. mechanischer Variator

16. Hohlrad

17. Planetenrad

18. Planetenrad

21. Antriebssonnenrad

22. Abtriebssonnenrad

23. Lagereinrichtung

24. Träger

25. Rampenmechanismus

35. mechanischer Variator

36. Hohlrad

38. übersetzungseinrichtung

41. Abtriebszahnrad

42. erstes übersetzungsrad

43. zweites übersetzungsrad 45. Kopplungszahnrad