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Title:
CRANKSHAFT ARRANGEMENT COMPRISING A TORSIONAL VIBRATION DAMPER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/094557
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a crankshaft arrangement for an internal combustion engine, comprising: a.) a crankshaft; b.) a torsional vibration damper having a primary mass and a flywheel; c.) the primary mass being connected fixedly to the crankshaft, and the flywheel and the primary mass being coupled via a viscous fluid; d.) the torsional vibration damper being attached to an output end of the crankshaft; e.) the primary mass being coupled to a secondary coupling via an elastomer coupling ring. The torsional vibration damper is coupled to the secondary coupling via a feedback device. The feedback device has a negative stiffness. The invention also relates to a method for damping torsional vibrations in a crankshaft of a crankshaft arrangement.

Inventors:
STEIDL MICHAEL (DE)
REINSPERGER NORBERT (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/082090
Publication Date:
May 20, 2021
Filing Date:
November 13, 2020
Export Citation:
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Assignee:
HASSE & WREDE GMBH (DE)
International Classes:
F16F15/167
Attorney, Agent or Firm:
SPECHT, Peter et al. (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Kurbelwellenanordnung (1 ) für einen Verbrennungsmotor, aufweisend a. eine Kurbelwelle (2); b. einen Drehschwingungsdämpfer (3) mit einer Primärmasse (4) und ei nem Schwungring (12); c. wobei die Primärmasse (4) fest mit der Kurbelwelle (2) verbunden ist und der Schwungring (12) und die Primärmasse (4) über eine viskoses Fluid gekoppelt sind; d. wobei der Drehschwingungsdämpfer (3) an einem Abtriebsende der Kurbelwelle (2) angebracht ist; e. wobei die Primärmasse (4) über einen Elastomer-Kupplungsring (8) mit einer Sekundärkupplung (9) gekoppelt ist, f. wobei der Drehschwingungsdämpfer (3) mit der Sekundärkupplung (9) über eine Rückkopplungseinrichtung (13) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungseinrichtung (13) eine ne gative Steifigkeit aufweist.

2. Kurbelwellenanordnung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungring (12) des Drehschwingungsdämpfers (3) ein außenlie gender Schwungring (12) ist, mit welchem die Rückkopplungseinrichtung (13) gekoppelt ist.

3. Kurbelwellenanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Steifigkeit Federelemente (14-1 , 14-2, 14-3, 14-4) auf weist.

4. Kurbelwellenanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (14-1 , 14-2, 14-3, 14-4) der negativen Steifigkeit (kn) der Rückkopplungseinrichtung (13) gleichmäßig am Umfang eines Außen rings (9a) der Sekundärkupplung (9) und an einem gegenüberliegenden Rand (12c) des Schwungrings (12) des Drehschwingungsdämpfers (3) ver teilt angebracht sind und sich in radialer Richtung erstrecken.

5. Kurbelwellenanordnung (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (14-1 , 14-2, 14-3, 14-4) der negativen Steifig keit der Rückkopplungseinrichtung (13) jeweils mindestens eine vorgespann te Schraubenfeder aufweisen.

6. Kurbelwellenanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungseinrichtung (13) mit der negativen Steifigkeit vier oder mehr Federelemente (14-1 , 14-2, 14-3, 14-4) aufweist.

7. Kurbelwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die negative Steifigkeit der Rückkopplungs einrichtung (13) Magnetelemente (15-1 , 15-2, 15-3, 15-4; 16-1 , 16-2, 16-3,

16-4) aufweist.

8. Kurbelwellenanordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass erste Magnetelemente (15-1 , 15-2, 15-3, 15-4) gleichmäßig am Umfang eines Rands (12c) des Schwungrings (12) verteilt angebracht sind, wobei zweite Magnetelemente (16-1 , 16-2, 16-3, 16-4) gleichmäßig am Umfang ei nes Außenrings (9a) der Sekundärkupplung (9) verteilt angebracht sind.

9. Kurbelwellenanordnung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkopplungseinrichtung (13) mit der negativen Steifigkeit mindestens vier oder mehr erste Magnetelemente (15-1 , 15-2, 15-3, 15-4) und mindestens vier oder mehr zweite Magnetelemente (16-1 , 16-2, 16-3, 16- 4) aufweist.

10. Kurbelwellenanordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Magnetelemen ten (15-1 , 15-2, 15-3, 15-4) und ein Winkel zwischen jeweils zwei benachbar te zweiten Magnetelementen (16-1 , 16-2, 16-3, 16-4) um eine Drehachse (2a) 90° beträgt, wobei ein Winkel jeweils zwischen einem ersten Magne telement (15-1 , 15-2, 15-3, 15-4) und einem zweiten Magnetelement (16-1 , 16-2, 16-3, 16-4) um die Drehachse (2a) einen Wert von 45° aufweist.

11. Kurbelwellenanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Magnetelemente (15-1 , 15-2, 15-3, 15-4) mit einem Nordpol zu der Drehachse (2a) weisen, wobei die zweiten Magne telemente (16-1 , 16-2, 16-3, 16-4) mit einem Nordpol zu der Drehachse (2a) weisen.

12. Kurbelwellenanordnung (1 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (15-1 , 15-2, 15-3, 15-4; 16-1 , 16-2, 16-3, 16-4) Permanentmagnete sind.

13. Kurbelwellenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (15-1 , 15-2, 15-3, 15-4; 16-1 , 16-2, 16-3, 16-4) als Elektromagnete ausgebildet sind. 14. Verfahren zum Dämpfen von Drehschwingungen einer Kurbelwelle (2) einer

Kurbelwellenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Verfahrensschritt (S1) eine Vorrichtung (100) bereitgestellt wird, welche einen Drehschwingungsdämpfer (3) mit einer Primärkupp- lung (11 ) mit einer Primärmasse (4) und mit einem außenliegenden

Schwungring (12) und eine Sekundärkupplung (9) mit einem Elastomer- Kupplungsring (8) aufweist, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (S2) ein Drehschwingungsdämpfen mittels einer Kopplung des Schwungrings (12) mit der Primärmasse (4) erfolgt, wobei ein weiteres Dämpfen mittels einer Kopplung der Primärmasse (4) ihrerseits mit der

Sekundärkupplung (9) ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Verfahrensschritt (S3) ein Dämpfen der Drehschwingungen und gleichzeitig ein Isolieren eines Antriebsstrangs mittels einer negati- ven Steifigkeit, welche eine Rückkopplung der Sekundärkupplung (9) auf den Schwungring (12) bewirkt, durchgeführt wird.

Description:
Kurbelwellenanordnung mit Drehschwingungsdämpfer

Die Erfindung betrifft eine Kurbelwellenanordnung mit einem Drehschwin gungsdämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Dämpfen von Drehschwingungen einer Kur belwelle eines Verbrennungsmotors.

Kurbelwellen einer Hubkolbenverbrennungsmaschine sind häufig mit zugehöri gen Antriebssträngen (z.B. Getriebe, Generatoren usw.) über elastische Kupp lungen (Elastomer-Kupplung) verbunden, welche die Antriebsstränge von den Drehungleichförmigkeiten des Hubkolbenmotors isolieren. Unter Drehungleich förmigkeiten einer Welle sind Drehzahlschwankungen der gesamten Welle zu verstehen.

Die Isolationsfrequenz, d.h. die Frequenz, oberhalb welcher keine Schwingun gen mehr übertragen werden, ergibt sich hauptsächlich aus der Steifigkeit der Elastomer-Kupplung, wobei eine niedrige Steifigkeit zu einer niederen Isolati onsfrequenz führt. Allerdings kann diese Steifigkeit nicht beliebig niedrig ge wählt werden, da die Elastomer-Kupplung sonst das statische Moment nicht übertragen kann und der statische Verdrehwinkel so groß wird, dass die Span nungen im Elastomerwerkstoff die zulässige Grenze überschreiten. Es muss also ein Kompromiss zwischen Isolationsgrad und Haltbarkeit der Elastomer- Kupplung gefunden werden.

Es gibt zusätzlich weitere Möglichkeiten, um die Drehungleichförmigkeiten zu reduzieren, in dem beispielsweise ein so genannter Tuned-Mass-Damper oder ein drehzahladaptiver Tilger zur Anwendung kommt. Hierzu wird eine zusätzli che seismische Masse mit dem System verbunden und durch geeignete Wahl der Ankopplungsparameter der seismischen Masse Energie aus dem zu dämp fenden System in die Schwingung der seismischen Masse umgeleitet, wodurch ein Moment generiert wird, welches das Hauptsystem beruhigt. Als nachteilig werden dabei die Kosten des Systems mit der seismischen Masse angesehen.

Das Dokument WO 2017 / 158 131 A2 beschreibt eine Kurbelwellenanordnung mit Drehschwingungsdämpfer. Diese angegebene Kombination, die auch als so genannter Flywheel-Integrated Damper and Coupling (FIDO) bezeichnet wird, ermöglicht es, Drehschwingungen zu bedämpfen und den Antriebsstrang zu isolieren. Als nachteilig wird es dabei angesehen, dass die Isolation des An triebsstrangs keine wesentlichen Vorteile gegenüber einem konventionellen Aufbau, bei dem die Kurbelwelle an einem vorderen Ende mit einem Dämpfer und an dem anderen Ende mit einer Kupplung versehen ist, liefert.

Für Schwingungsisolationen sind Komponenten mit so genannten negativen mechanischen Steifigkeiten vorgeschlagen worden. Die benötigte Komponente, welche eine solche negative mechanische Steifigkeit bildet, kann nur relativ komplex als Hardware realisiert werden. Systeme, die negative Steifigkeit auf weisen, tun dies üblicherweise nur in einem sehr begrenzten Arbeitsbereich. Beispiele sind z.B. Tellerfedern, die im 'Durchschlagpunkt' betrieben werden. Lösungen, die negative Steifigkeit über einen größeren Arbeitsbereich bzw. größeren transversalen Weg zeigen, sind aktive Elemente, bei denen das me chanische Verhalten über eine Regelung realisiert werden muss.

In dem Dokument WO 2019 / 185 196 A1 wird eine lineare Magnetfeder und Verwendung in Schwingungstilgern beschrieben: „Die lineare Magnetfeder kann man auch als „negative Feder“ verwenden. Wie bei einer „positiven Fe der“ liegt in der Mittel- bzw. Ausgangslage keine Kraft (Moment) vor. Weicht der bewegte Teil von dieser Lage ab, entsteht keine rückstellende, sondern eine auslenkende Kraft (Moment), die linear mit der Auslenkung aus der Mittel- Ausgangslage ansteigt.“

Das Dokument der Mitsubishi Electric Corporation - Public Relations Division Nr. 3251 , veröffentlicht am 07.02.2019

(https://de.mitsubishielectric.com/de/news-events/release s/global/2019/0207- b/pdf/190207-b_3251_de_de.pdf) beschreibt eine passive Vorrichtung mit einer negativen Steifigkeit für die Regelung der Seilschwingungen bei Aufzügen in Hochhäusern. Eine negative Steifigkeit ist ein bekanntes Prinzip. Dabei wirkt eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung gegen die Rückstellkraft einer normalen Feder. Die negative Steifigkeit wird durch Permanentmagnete er reicht, die einander zugewandt platziert werden, um das Seil dazwischen ein zuklemmen.

Es seien noch weitere Beispiele zur Verwendung von negativen Steifigkeiten angegeben.

So illustriert das Dokument EP 3521 656 A1 eine Schwingungsisolationsvor richtung mit einer negativen Steifigkeit. Das Dokument DE 10 2014 118 609 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vor richtung zur aktiven Aufhängungsdämpfung mit einer negativen Steifigkeit.

Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Kurbelwellenanordnung mit einer verbesserten Isolation des Antriebsstrangs zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren als Gegenstand des Anspruchs 15 gelöst.

Ein Erfindungsgedanke basiert auf der Erkenntnis, dass eine zusätzliche Kopp lung der bei dem Flywheel-Integrated Damper and Coupling FIDO bereits vor handen Komponenten dazu führt, dass die Isolation des Antriebsstrangs ent scheidend verbessert werden kann. Diese zusätzliche Kopplung ist die Ankopp lung des Schwungrings (der Tilgermasse) an die Sekundärseite der Kupplung. Entscheidend ist hierbei, dass diese zusätzliche Kopplung eine negative Stei figkeit aufweist, wodurch sich das gewünschte Verhalten einstellt.

Eine erfindungsgemäße Kurbelwellenanordnung für einen Verbrennungsmotor, umfasst a.) eine Kurbelwelle; b.) einen Drehschwingungsdämpfer mit einer Primärmasse und einem Schwungring; c.) wobei die Primärmasse fest mit der Kurbelwelle verbunden ist und der Schwungring und die Primärmasse über ei ne viskoses Fluid gekoppelt sind; d.) wobei der Drehschwingungsdämpfer an einem Abtriebsende der Kurbelwelle angebracht ist; e.) wobei die Primärmasse über einen Elastomer-Kupplungsring mit einer Sekundärkupplung gekoppelt ist. Der Drehschwingungsdämpfer ist mit der Sekundärkupplung über eine Rück kopplungseinrichtung gekoppelt.

In bevorzugter Ausführung weist die Rückkopplungseinrichtung eine negative Steifigkeit auf. Durch diese zusätzliche Kopplung mit der negativen Steifigkeit kann eine vorteilhaft wesentliche Verringerung von Drehschwingungen und Drehungleichförmigkeiten erreicht werden. So kann ein gewünschtes Verhalten mit der negativen Steifigkeit ausgebildet werden. Auch wenn sich mechanische Komponenten mit negativer Steifigkeit einzeln instabil verhalten, kann die Sta bilität des Gesamtsystems durch die weiteren bereits vorhandenen Komponen ten erreicht werden. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass durch die Rückkopplungseinrichtung die Sekundärseite des Antriebsstrangs deutlich weniger Drehungleichförmigkeiten aufweisen kann als im Stand der Technik.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine geringere Belastung der Kompo nenten des Antriebsstrangs erzielt werden kann, wie beispielsweise geringerer Getriebeverschleiß. Im Falle eines Generators kann die „Sauberkeit“ einer Si nusschwingung des erzeugten Wechselstroms erhöht werden, d.h. eine Fre quenzstabilität und Amplitudenstabilität kann verbessert werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Dämpfen von Drehschwingungen einer Kurbelwelle der oben angegebenen Kurbelwellenanordnung weist einen ersten Verfahrensschritt (S1 ) auf, in dem eine Vorrichtung bereitgestellt wird, welche einen Drehschwingungsdämpfer mit einer Primärkupplung mit einer Primär masse und mit einem außenliegenden Schwungring und eine Sekundärkupp lung mit einem Elastomer-Kupplungsring aufweist, wobei in einem zweiten Ver fahrensschritt (S2) ein Drehschwingungsdämpfen mittels einer Kopplung des Schwungrings mit der Primärmasse erfolgt, wobei ein weiteres Dämpfen mittels einer Kopplung der Primärmasse ihrerseits mit der Sekundärkupplung ausge führt wird. In einem dritten Verfahrensschritt (S3) wird ein Dämpfen der Dreh schwingungen und gleichzeitig ein Isolieren eines Antriebsstrangs mittels einer negativen Steifigkeit, welche eine Rückkopplung der Sekundärkupplung auf den Schwungring bewirkt, durchgeführt.

Diese Art der Kopplung mittels einer negativen Steifigkeit ist im Gegensatz zu dem Stand der Technik besonders vorteilhaft, da somit eine verbesserte Re duktion von Drehungleichförmigkeiten und eine gleichzeitige sehr gute Isolation eines Antriebsstrangs einer Kurbelwelle im Gegensatz zum Stand der Technik erzielt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche an gegeben.

In einer weiteren Ausführung ist der Schwungring des Drehschwingungsdämp fers ein außenliegender Schwungring, mit welchem die Rückkopplungseinrich tung gekoppelt ist. Dies ist vorteilhaft, da so der Schwungring für die Rückkopp lungseinrichtung von außen einfach zugänglich ist In einer noch weiteren Ausführung weist die negative Steifigkeit Federelemente auf. Federn sind übliche Bauteile, die vorteilhaft mit hoher Qualität kostengüns tig am Markt verfügbar sind.

Dabei werden die Federelemente der negativen Steifigkeit der Rückkopplungs einrichtung gleichmäßig am Umfang eines Außenrings der Sekundärkupplung und an einem gegenüberliegenden Rand des Schwungrings des Drehschwin gungsdämpfers verteilt angebracht sind und erstrecken sich in radialer Rich tung. Dies ergibt einen vorteilhaften einfachen und platzsparenden Aufbau.

Es ist vorteilhaft, wenn die Federelemente der negativen Steifigkeit der Rück kopplungseinrichtung jeweils mindestens eine vorgespannte Schraubenfeder aufweisen. Damit lässt sich jede Feder vorteilhaft einfach einstellen und anpas sen.

In einer bevorzugten Ausführung weist die Rückkopplungseinrichtung mit der negativen Steifigkeit vier oder mehr Federelemente auf.

In einer alternativen Ausführung weist die negative Steifigkeit der Rückkopp lungseinrichtung Magnetelemente auf. Dies ist vorteilhaft, da diese üblichen Bauteile mit hoher Qualität kostengünstig am Markt verfügbar sind.

So sind in einer weiteren Ausführung erste Magnetelemente gleichmäßig am Umfang eines Rands des Schwungrings verteilt angebracht, wobei zweite Magnetelemente gleichmäßig am Umfang eines Außenrings der Sekun därkupplung verteilt angebracht sind. Dieser Aufbau ist kompakt und platzspa rend.

Die Rückkopplungseinrichtung mit der negativen Steifigkeit kann in einer be vorzugten Ausführung mindestens vier oder mehr erste Magnetelemente und mindestens vier oder mehr zweite Magnetelemente aufweisen. Der Vorteil hier bei ist die Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Einsatzfälle.

Eine noch weitere Ausführung sieht vor, dass ein Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten ersten Magnetelementen und ein Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten zweiten Magnetelementen um eine Drehachse 90° beträgt, wo bei ein Winkel jeweils zwischen einem ersten Magnetelement und einem zwei ten Magnetelement um die Drehachse einen Wert von 45° aufweist. Dieser Aufbau ist vorteilhaft einfach und kompakt. In einer anderen Ausführung weisen die ersten Magnetelemente mit einem Nordpol zu der Drehachse, wobei die zweiten Magnetelemente mit einem Nordpol zu der Drehachse weisen. Dies ist vorteilhaft für die Einstellung der negativen Steifigkeit.

Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Magnetelemente Permanentmagnete sind, welche als übliche Bauteile kostengünstig in hoher Qualität verfügbar sind.

Wenn die Magnetelemente als Elektromagnete ausgebildet sind, können über eine entsprechende Steuervorrichtung die Werte der negativen Steifigkeit ein stellbar, anpassbar und auch in Abhängigkeit von entsprechenden Parametern regelbar sein. Auf diese Weise kann ein positiver Feed-Back-Verstärker vorteil haft realisiert werden.

Auch eine Kombination von Permanentmagneten und Elektromagneten kann in bestimmten Einsatzfällen vorteilhaft sein.

Eine weitere Kombination von Federelementen und Magnetelementen ist eben falls denkbar und erweitert vorteilhaft eine Anpassungsfähigkeit an unterschied liche Einsatzfälle.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefüg ten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 eine Kurbelwellenanordnung nach dem Stand der Technik; Figur 2 einen Abschnitt einer weiteren Kurbelwellenanordnung bzw. einer Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen nach dem Stand der Technik;

Figur 3 einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Kurbelwellenano rdnung mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen;

Figur 4-5 schematische Ansichten von Ausführungsbeispielen einer

Rückkopplungseinrichtung mit negativen Steifigkeiten; Figur 6-7 grafische Darstellungen von Drehschwingungskurven; und

Figur 8 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemä ßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt eine Kurbelwellenanordnung nach dem Stand der Technik.

Figur 2 stellt einen Abschnitt einer weiteren Kurbelwellenanordnung bzw. einer Vorrichtung 100’ zur Dämpfung von Drehschwingungen nach dem Stand der Technik dar.

Die Kurbelwellenanordnung 1 ist besonders für einen Flubkolbenmotor, insbeson dere für einen Verbrennungsmotor geeignet. Eine Kurbelwelle 2 mit einer Dreh achse 2a ist an einem Antriebsende 6 mit einem Drehschwingungsdämpfer 3 ver bunden. Damit befindet sich der Drehschwingungsdämpfer 3 auf einer ursprüngli chen Position des nicht gezeigten Schwungrades.

Da der Drehschwingungsdämpfer 3 auch die Aufgabe der Reduzierung der Dre hungleichförmigkeit des Motors, welchem die Kurbelwelle 2 zugeordnet ist, über nimmt, benötigt er eine geeignete Abstimmung zwischen einer Primärmasse 4, die fest mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist, und einer Sekundärmasse 5, die seismisch, elastisch dämpfend an der Primärmasse 4 angebracht ist.

Die geeignete Abstimmung bewirkt, dass bei geringer Drehzahl, also bei geringen Frequenzen, die Verbindung zwischen der Primärmasse 4 und der Sekundär masse 5 als starr betrachtet werden kann. Beide Massen 4, 5 bilden quasi eine Einheit und fungieren bei niedrigen Drehzahlen als Schwungrad. In dieser Situati on spielen Drehschwingungen bei einem Motor eine untergeordnete Rolle. Ein weiteres Schwungrad ist bei einer solchen Kurbelwellenanordnung 1 nicht not wendig.

Bei höherer Drehzahl, also bei höheren Frequenzen kommt die größere Sekun därmasse 5 zur Geltung und dämpft die Drehschwingungen. Der Drehschwin gungsdämpfer 3 arbeitet in seiner ursprünglichen Form. In diesem Betriebszu stand, also bei hohen Drehzahlen, spielt die Drehungleichförmigkeit eine unterge ordnete Rolle.

Die in dem Beispiel gezeigte Kurbelwellenanordnung 1 zeigt eine Prinzipskizze für einen Vier-Zylinder-Motor. Die Erfindung soll nicht darauf beschränkt sein, sie lässt sich auch einsetzen als Kurbelwellenanordnung von Motoren mit geringerer oder höherer Zylinderanzahl, insbesondere mit sechs, acht, zehn, zwölf oder mehr Zylindern oder auch V-Motoren mit bis zu 20 Zylindern. Der Drehschwingungsdämpfer 3 in Figur 2 ist z.B. ein Viskositäts-Dämpfer und weist die Primärmasse 4 auf, die fest mit der Kurbelwelle verbunden ist, und die Sekundärmasse 5, die hier als Ring ausgebildet ist, der in einer Kammer der Pri märmasse 4 rotieren kann, wobei ein Spalt zwischen diesen beiden Massen mit viskosem Medium, z.B. Silikonöl, gefüllt ist. Eine geeignete Abstimmung bewirkt auch hier, dass bei geringer Drehzahl, also bei geringen Frequenzen, die Pri märmasse 4 und die Sekundärmasse 5 als eine Einheit betrachtet werden kann

In den Drehschwingungsdämpfer 3 ist auch noch direkt ein Kupplungs- Funktionsabschnitt mit einem Elastomer-Kupplungsring 8 integriert und bildet eine Sekundärkupplung 9. Der Elastomer-Kupplungsring 8 ist einerseits mit einem na benartigen Innenring 7 der Primärmasse 4 und andererseits mit Außenring 8 der Sekundärkupplung 9 verbunden. Der Außenring 8 ist über einen Verbindungsab schnitt 9b mit einem Abtrieb 10, z.B. ein Eingangselement eines ansonsten nicht dargestellten Getriebes, das zu einem ebenfalls nicht gezeigten aber vorstellba- ren Antriebsstrang gehört, gekoppelt.

Diese Ausführung wird auch als „Flywheel-Integrated Damper and Coupling“ (FIDO) bezeichnet. In Figur 3 ist ein Abschnitt einer erfindungsgemäßen Kurbelwellenanordnung 1 mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Dämpfung von Drehschwingungen dargestellt.

Die Vorrichtung 100 umfasst eine Primärkupplung 11 als Viskositäts- Drehschwingungsdämpfer 3 mit einer Primärmasse 4 und einem Schwungring 12, eine Sekundärkupplung 9 mit einem Elastomer-Kupplungsring 8 und eine Rück kopplungseinrichtung 13.

Ein Schwungring 12 ist mit der Primärmasse 4 gekoppelt. Dies ist in Figur 3 bei- spielhaft als eine Primärkupplung 11 dargestellt.

Die Primärkupplung 11 umfasst die mit der Kurbelwelle 2 verbundene Primär masse 4, welche ein hier scheibenförmiges Dämpferelement 11a mit einem um laufenden Kragen, und den Schwungring 12 mit einer Kammer 12a, in welcher das Dämpferelement 11 a mit einem nicht näher beschriebenen Fluid aufgenom men ist. Die Kammer 12a ist mittels nicht näher beschriebener Dichtungen 12b gegenüber der Welle der Primärmasse 4 abgedichtet. Dieser Aufbau weist eine bestimmte Steifigkeit und Dämpfung auf.

Im Gegensatz zu dem Schwungring 5 aus dem Stand der Technik wie in Figur 2 gezeigt ist der Schwungring 12 hier als ein außenliegender Schwungring 12 aus gebildet. Der Schwungring 12 weist zudem einen umlaufenden Rand 12c auf, welcher zum Abtrieb 10 weist. Der Rand 12c wird unten noch weitere beschrie ben.

Die Primärmasse 4 ist ihrerseits zudem mit der Sekundärkupplung 9 gekoppelt. Diese Kopplung ist in Figur 3 beispielhaft durch den Elastomer-Kupplungsring 8 mit seinen Verbindungen einerseits mit dem nabenartigen Innenring 7 der Pri märmasse 4 und andererseits mit dem Außenring 8 der Sekundärkupplung 9 dar gestellt.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Schwungring 12 über eine Steifig keit mit der Sekundärkupplung 9 gekoppelt. Diese Steifigkeit ist hier als eine so genannte negative Steifigkeit einer Rückkopplungseinrichtung 13 ausgebildet.

Die Rückkopplungseinrichtung 13 verbindet den Rand 12c des Schwungrings 12 über mit dem Außenring 9a der Sekundärkupplung 9.

Die Rückkopplungseinrichtung 13 bildet eine zusätzliche Kopplung der beim FIDO (siehe Figur 2) bereits vorhandenen Komponenten und führt dazu, dass die Isolation des Antriebsstrangs entscheidend verbessert werden kann. Diese zusätzliche Kopplung ist die Ankopplung des Schwungrings 12 (der Tilgermas se) an die Sekundärseite der Sekundärkupplung 9, d.h. an den Außenring 9a. Entscheidend ist hierbei, dass diese zusätzliche Kopplung eine negative Stei figkeit haben muss, damit sich das gewünschte Verhalten einstellt. Mechani sche Komponenten mit negativer Steifigkeit verhalten sich einzeln instabil, die Stabilität des Gesamtsystems wird durch die weiteren bereits vorhandenen Kopplungen erzielt.

Die Kopplung des Schwungrings 12 an die Sekundärkupplung 9 mittels negati ver Steifigkeit kann über verschiedene technische Ansätze erfolgen, z.B. über entsprechend angeordnete Magnete oder über vorgespannte Federn oder über ein aktives System mit positivem Feed-Back-Verstärker. Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Rückkopplungseinrichtung 13 mit negativer Steifigkeit mit Federelementen 14.

Figur 5 stellt eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Rückkopplungseinrichtung 13 mit negativer Steifigkeit mit Magnetelemen ten 15, 16 dar.

In diesem ersten Ausführungsbeispiel weist die Rückkopplungseinrichtung 13 vier Federelemente 14-1 , 14-2, 14-3 und 14-4 auf, welche gleichmäßig am Um fang des Außenrings 9a der Sekundärkupplung 9 und am gegenüberliegenden Rand 12c des Schwungrings 12 verteilt angebracht sind und sich in radialer Richtung erstrecken. Ein Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten Fe derelementen 14-1 , 14-2, 14-3, 14-4 um die Drehachse 2a beträgt hier 90°.

Jedes Federelement 14-1 , 14-2, 14-3, 14-4 besteht hier aus mindestens einer vorgespannten Schraubenfeder. Es können natürlich auch mehr als vier Fe derelemente 14 zum Einsatz kommen

In dem zweiten Ausführungsbeispiel der Rückkopplungseinrichtung 13 sind vier erste Magnetelemente 15-1 , 15-2, 15-3, 15-4 gleichmäßig am Umfang des Rands 12c des Schwungrings 12 derart angebracht, dass ihr jeweiliger Nord pol, hier mit „+“ bezeichnet zur Drehachse 2a weist. Ein Winkel zwischen je weils zwei benachbarten ersten Magnetelementen 15-1 , 15-2, 15-3, 15-4 um die Drehachse 2a beträgt hier 90°.

Zudem sind am Umfang des Außenrings 9a der Sekundärkupplung 9 vier zwei te Magnetelemente 16-1 , 16-2, 16-3, 16-4 gleichmäßig am Umfang des Außen rings 9a der Sekundärkupplung 9 angebracht. Ein Winkel zwischen jeweils zwei benachbarten zweiten Magnetelementen 16-1 , 16-2, 16-3, 16-4 um die Dreh achse 2a beträgt hier 90°, wobei ein Winkel jeweils zwischen einem ersten Magnetelement 15-1 , 15-2, 15-3, 15-4 und einem zweiten Magnetelement 16-1 , 16-2, 16-3, 16-4 um die Drehachse 2a einen Wert von 45° aufweist.

Die zweiten Magnetelementen 16-1 , 16-2, 16-3, 16-4 sind so angeordnet, dass ihr Südpol, hier mit bezeichnet, von der Drehachse 2a weg radial nach au ßen weist, bzw. ihr Nordpol zu der Drehachse 2a weist.

Die Magnetelemente 15-1 , 15-2, 15-3, 15-4 und 16-1 , 16-2, 16-3, 16-4 sind hier so angeordnet, dass der ringförmige Bereich zwischen dem Außenring 9a der Sekundärkupplung 9 und der Innenseite des Rands 12c, die zur Drehachse 2a weist, frei bleibt.

Die Magnetelemente 15-1 , 15-2, 15-3, 15-4 und 16-1 , 16-2, 16-3, 16-4 sind hier als Permanentmagnete ausgebildet. Es ist aber auch denkbar, dass sie als Elektromagnete ausgeführt sein können. In diesem Fall ist eine Steuerung der so gebildeten Rückkopplungseinrichtung 13 denkbar. Auch eine Regelung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Parametern, z.B. Drehzahl, Motorlast usw., ist denkbar. Auf diese Weise könnte das oben angedeutete aktive System mit positivem Feedback-Verstärker realisiert werden.

Es können auch jeweils mehr als vier Magnetelemente 15, 16 verwendet wer den.

In Figur 6 ist eine grafische Darstellung einer Drehschwingungskurve 20’ mit einem Drehschwingungsdämpfer 3 der Vorrichtung 100’ aus dem Stand der Technik gezeigt.

Figur 7 zeigt eine grafische Darstellung einer Drehschwingungskurve 20 mit der erfindungsgemäße Vorrichtung 100.

Untersuchungen haben die Drehschwingungskurven 20’, 20 in den Figuren 6 und 7 ergeben.

Die Drehschwingungskurve 20’ ist mit ihrer Amplitude A über einer Drehzahl n aufgetragen. Bei einer Drehzahl n mit etwa 1050 1/min zeigt sich im Stand der Technik ein Amplitudenmaximum, das in etwa in der Mitte eines Bereiches 21 ’ zwischen 900 und 1200 1/min bei einem Amplitudenwert von etwa A=0,2 liegt.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 kann eine Reduzierung von Drehungleichförmigkeiten um etwa 75% möglich sein. Dies wird durch die Drehschwingungskurve 20 in Figur 7 deutlich gezeigt. Die Amplitude A liegt im Bereich 21 wesentlich unter dem Amplitudenmaximum, das in Figur 6 im Be reich 2T auftritt. Zudem sind keine extremen Amplitudenmaxima mehr zu ver zeichnen, die Amplitude A bleibt stetig unter einem Wert A=0,05 und verläuft ohne Überschreiten dieses Wertes.

Figur 8 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Dämpfen von Drehschwingungen einer Kurbelwelle 2. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird eine Vorrichtung 100 bereitgestellt, welche einen Drehschwingungsdämpfer 3 mit einer Primärkupplung 11 mit ei ner Primärmasse 4 und einem Schwungring 12 und eine Sekundärkupplung 9 mit einem Elastomer-Kupplungsring 8 aufweist.

Ein zweiter Verfahrensschritt S2 sieht vor, dass ein Drehschwingungsdämpfen mittels einer Kopplung des Schwungrings 12 mit der Primärmasse 4 erfolgt, wobei ein weiteres Dämpfen mittels einer Kopplung der Primärmasse 4 mit der Sekundärkupplung 9 ausgeführt wird.

Schließlich erfolgt in einem dritten Verfahrensschritt S3 ein Dämpfen der Dreh schwingungen und gleichzeitiges Isolieren eines Antriebsstrangs mittels einer negativen Steifigkeit, welche eine Rückkopplung der Sekundärkupplung 9 auf den Schwungring 12 bewirkt.

Auf diese Weise können die Drehungleichförmigkeiten bzw. Drehschwingungen erheblich reduziert werden und es ergibt sich eine verbesserte Isolation des Antriebsstrangs. Zudem kann eine geringere Belastung der Komponenten des Antriebsstrangs erzielt werden, wie beispielsweise geringerer Getriebever schleiß. Im Falle eines Generators kann die „Sauberkeit“ einer Sinusschwin gung des erzeugten Wechselstroms erhöht werden, d.h. eine Frequenzstabilität und Amplitudenstabilität kann verbessert werden.

Die Erfindung ist durch das oben angegebene Ausführungsbeispiel nicht einge schränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche modifizierbar.

Es ist denkbar, dass die Rückkopplungseinrichtung 13 eine Kombination aus Federelementen 14 und Magnetelementen 15, 16 aufweist.

Die Magnetelemente 15, 16 können auch als Permanentmagnete und Elektro- magnete kombiniert sein. Bezugszeichenliste

1 Kurbelwellenanordnung

2 Kurbelwelle

2a Drehachse

3 Drehschwingungsdämpfer

4 Primärmasse

5 Sekundärmasse

6 Antriebsende Kurbelwelle

7 Innenring

8 Elastomer-Kupplungsring

9 Sekundärkupplung

9a Außenring

9b Verbindungsabschnitt

10 Abtrieb 11 Primärkupplung 11a Dämpferelement 12 Schwungring

12a Kammer

12b Dichtelement

12c Rand

13 Rückkopplungseinrichtung

14-1 ; 14-2; 14-3; 14-4 Federelement

15-1 ; 15-2; 15-3; 15-4 Erstes Magnetelement

16-1 ; 16-2; 16-3; 16-4 Zweites Magnetelement 17, 18, 19 Kennlinie

20, 20’ Drehschwingungskurve

21 , 21 ’ Bereich

100, 100’ Vorrichtung

A Amplitude

F Kraft

S1 ; S2; S3 Verfahrensschritt x Weg