Title:
Tilgerschwingungsdämpfer und Antriebsstrang
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Tilgerschwingungsdämpfer (100) gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Dämpfen einer ersten Drehungleichförmigkeit und einer zweiten Drehungleichförmigkeit unterschiedlicher Ordnungen einer Drehbewegung weist einen Koppelbolzen (110), eine erste Tilgermasse (140), die eine erste Laufbahn (140) für den Koppelbolzen (110) aufweist, eine zweite Tilgermasse (150), die eine zweite Laufbahn (160) für den Koppelbolzen (110) aufweist, und einen Tilgermassenträger (190) auf, der eine Gegenlaufbahn (200) aufweist. Der Koppelbolzen (110) ist ausgebildet, um an der ersten Laufbahn (140), der zweiten Laufbahn (150) und der Gegenlaufbahn (200) abzurollen, wobei der Koppelbolzen (110), die erste Laufbahn (150) und die Gegenlaufbahn (200) ausgebildet sind, um die erste Tilgermasse (140) beweglich zu führen, um die erste Drehungleichförmigkeit durch ein Schwingen der ersten Tilgermasse (140) zu dämpfen, und wobei der Koppelbolzen (110), die zweite Laufbahn (170) und die Gegenlaufbahn (200) ausgebildet sind, um die zweite Tilgermasse (150) beweglich zu führen, um die zweite Drehungleichförmigkeit durch ein Schwingen der zweiten Tilgermasse (150) zu dämpfen.




Inventors:
Siemens, Kyrill (97084, Würzburg, DE)
Kram, Matthias (97332, Volkach, DE)
Application Number:
DE102014221637A
Publication Date:
04/28/2016
Filing Date:
10/24/2014
Assignee:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG, 88046 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE112013000877T5N/A2014-10-30
DE102012212734A1N/A2014-01-23
DE102012219959A1N/A2013-05-29
DE102010049930A1N/A2011-05-26



Claims:
1. Tilgerschwingungsdämpfer (100), beispielsweise für einen Antriebsstrang (300) eines Kraftfahrzeugs, zum Dämpfen einer ersten Drehungleichförmigkeit und einer zweiten Drehungleichförmigkeit unterschiedlicher Ordnungen einer Drehbewegung, aufweisend:
einen Koppelbolzen (110);
eine erste Tilgermasse (140), die eine erste Laufbahn (160) für den Koppelbolzen (110) aufweist;
eine zweite Tilgermasse (150), die eine zweite Laufbahn (170) für den Koppelbolzen (110) aufweist; und
einen Tilgermassenträger (190), der eine Gegenlaufbahn (200) aufweist,
wobei der Koppelbolzen (110) ausgebildet ist, um an der ersten Laufbahn (160), der zweiten Laufbahn (170) und der Gegenlaufbahn (200) abzurollen;
wobei der Koppelbolzen (110), die erste Laufbahn (160) und die Gegenlaufbahn (200) ausgebildet sind, um die erste Tilgermasse (140) beweglich zu führen, um die erste Drehungleichförmigkeit durch ein Schwingen der ersten Tilgermasse (140) zu dämpfen; und
wobei der Koppelbolzen (110), die zweite Laufbahn (170) und die Gegenlaufbahn (200) ausgebildet sind, um die zweite Tilgermasse (150) beweglich zu führen, um die zweite Drehungleichförmigkeit durch ein Schwingen der zweiten Tilgermasse (150) zu dämpfen.

2. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach Anspruch 1, bei dem der Koppelbolzen (110) einen ersten rotationssymmetrischen Abschnitt (260-1) mit einem ersten Radius und einen zweiten rotationssymmetrischen Abschnitt (260-2) mit einem von dem ersten Radius verschiedenen zweiten Radius aufweist, wobei die erste Laufbahn (160) ausgebildet und angeordnet ist, um an dem ersten rotationssymmetrischen Abschnitt (260-1) abzurollen, und wobei die zweite Laufbahn (170) ausgebildet und angeordnet ist, um an dem zweiten rotationssymmetrischen Abschnitt (260-2) abzurollen.

3. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach Anspruch 2, bei dem der Koppelbolzen (110) ferner einen dritten rotationssymmetrischen Abschnitt (200-3) aufweist, wobei die Gegenlaufbahn (200) ausgebildet und angeordnet ist, um an dem dritten rotationssymmetrischen Abschnitt (200-3) abzurollen.

4. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach Anspruch 3, bei dem der dritte rotationssymmetrischen Abschnitt (200-3) einen von dem ersten und dem zweiten Radius unterschiedlichen dritten Radius aufweist.

5. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach Anspruch 4, bei dem der dritte Radius kleiner als der erste und der zweite Radius ist.

6. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Tilgermasse (140) und die zweite Tilgermasse (150) relativ zueinander bewegbar sind.

7. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Tilgermasse (140) und die zweite Tilgermasse (150) entlang einer axialen Richtung (180) zueinander benachbart angeordnet sind.

8. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Mehrzahl von Koppelbolzen (110) aufweist, wobei jede Tilgermasse (140, 150) von wenigstens zwei Koppelbolzen (110) geführt wird.

9. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Tilgermassenträger (190) ein erstes Tilgermassenträgerbauteil (210-1) und ein mit dem ersten Tilgermassenträgerbauteil (210-2) starr verbundenes und entlang einer axialen Richtung versetzt angeordnetes zweites Tilgermassenträgerbauteil (210-2) aufweist, wobei die erste und die zweite Tilgermasse (140, 150) entlang der axialen Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Tilgermassenträgerbauteil (280-1, 280-2) angeordnet sind.

10. Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste und die zweite Laufbahn (160, 170) ausgebildet sind, sodass sich die Ordnung der ersten Drehungleichförmigkeit und die Ordnung der zweiten Drehungleichförmigkeit um wenigstens einen Faktor 1.25 voneinander unterscheiden.

11. Antriebsstrang (300) aufweisend:
einen Tilgerschwingungsdämpfer (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und
einen Hubkolbenverbrennungsmotor (310), der mit dem Tilgerschwingungsdämpfer (100) koppelbar und ausgebildet ist, um in einem ersten Betriebszustand und in einem von dem ersten Betriebszustand verschiedenen zweiten Betriebszustand betrieben zu werden, wobei eine Anzahl von aktiven Zylindern (320) in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand unterschiedlich ist, wobei in dem ersten Betriebszustand eine Stärke der ersten Drehungleichförmigkeit größer als der zweiten Drehungleichförmigkeit ist,
und wobei in dem zweiten Betriebszustand eine Stärke der zweiten Drehungleichförmigkeit größer als der ersten Drehungleichförmigkeit ist.

12. Antriebsstrang nach Anspruch 11, bei dem der Hubkolbenverbrennungsmotor (310) ausgebildet ist, sodass in dem ersten Betriebszustand die Anzahl der aktiven Zylinder (320) größer als in dem zweiten Betriebszustand ist.

Description:

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Tilgerschwingungsdämpfer und einen Antriebsstrang, wie sie beispielsweise im Rahmen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen können.

In vielen Bereichen des Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbaus werden Drehbewegungen zur Übertragung mechanischer Energie verwendet. Ein Beispiel stellt hier im Fahrzeug- und Kraftfahrzeugbau die Übertragung der von einem Antriebsmotor erzeugten Drehbewegungen über einen Antriebsstrang zu den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs dar. Als Antriebsmotor kommen hier häufig Hubkolbenverbrennungsmotoren zum Einsatz, die aufgrund ihrer Bauart und ihres Arbeitsprinzips bei der Erzeugung der Drehbewegungen ebenso Drehungleichförmigkeiten erzeugen. Diese auch als Drehschwingungen bezeichneten Drehungleichförmigkeiten können beispielsweise aufgrund der explosionsartigen Kraftentfaltung während des Arbeitstaktes in einzelnen Zylindern des Hubkolbenmotors hervorgerufen werden. Typische im Kraftfahrzeugbereich eingesetzte Hubkolbenverbrennungsmotoren stellen so Ottomotoren und Dieselmotoren dar, die je nach Anwendungsfall nach dem Zweitaktprinzip oder auch nach dem Viertaktprinzip arbeiten können.

Gerade diese Drehungleichförmigkeiten können sich hinsichtlich des Fahrkomforts wie auch hinsichtlich mechanischer Belastungen unerwünscht auswirken. So können beispielsweise Drehungleichförmigkeiten zu Vibrationen und anderen Geräuschen führen, die die Passagiere eines Kraftfahrzeugs als störend empfinden können. Ebenso können jedoch auch Vibrationen in den Antriebsstrang oder andere Komponenten des Kraftfahrzeugs eingebracht werden, die gegebenenfalls die Lebensdauer einzelner Komponenten nachteilig beeinflussen können. Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Maßnahmen zur Dämpfung entsprechender Drehungleichförmigkeiten verwendet, zu denen beispielsweise Tilgerschwingungsdämpfer zählen.

Hinzu kommt, dass aufgrund sich verschärfender ökologischer, jedoch auch ökonomischer Randbedingungen die Tendenz besteht, den Kraftstoffverbrauch eines Kraftfahrzeugs zu senken. Hierzu werden unterschiedliche Konzepte eingesetzt, zu denen beispielsweise eine Verringerung der Drehzahlen (Downspeeding), das Aufladen der Motoren beispielsweise mithilfe von Turboladern jedoch auch eine Verringerung des Hubraums (Downsizing) zählt.

Um dennoch auch Fahrzeuge mit größerem Hubraum und einer höheren Anzahl von Zylindern anbieten zu können, werden daher beispielsweise Techniken eingesetzt, bei denen einzelne oder auch mehrere Zylinder eines entsprechendes Hubkolbenverbrennungsmotors während des Betriebs deaktiviert oder abgeschaltet werden. Durch diese auch als Zylinderabschaltung bezeichnete Technik verändert sich somit die Charakteristik des Motors und damit auch der Drehungleichförmigkeiten je nachdem, in welchem Betriebszustand der Hubkolbenverbrennungsmotor gerade arbeitet.

Dies verschärft jedoch die an ein System zur Reduzierung der Drehungleichförmigkeiten gestellte Aufgabe, da durch die unterschiedlichen Betriebszustände des Hubkolbenverbrennungsmotors auch erhebliche Änderungen hinsichtlich der Drehungleichförmigkeiten auftreten können. Diese können sich beispielsweise hinsichtlich der auftretenden Ordnungen signifikant verändern.

Aufgrund des Arbeitsprinzips von Tilgerschwingungsdämpfern können diese gegebenenfalls besonders unter entsprechenden Veränderungen des Betriebszustands und damit der Veränderung der Drehungleichförmigkeiten hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Effektivität leiden. Es besteht daher das Bestreben, die Leistungsfähigkeit eines Tilgerschwingungsdämpfers zu verbessern, der auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen und entsprechenden Drehungleichförmigkeiten unterschiedlicher Ordnungen einsetzbar ist.

Andererseits besteht jedoch auch schon aus ökonomischen und aus ökologischen Gründen das Bestreben, dies mit konstruktiv möglichst einfachen Mitteln zu erzielen, die beispielsweise den benötigten Bauraum, das Gewicht eines entsprechenden Tilgerschwingungsdämpfers und andere entsprechende Parameter möglichst wenig, wenn überhaupt negativ beeinflussen.

Die DE 10 2012 219 959 A1 bezieht sich auf ein Fliehkraftpendel zur Tilgung von Torsionsschwingungen in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeug. Dieses umfasst einen ersten und einen zweiten Flansch, die drehfest mit dem Antriebsstrang verbunden sind, sowie eine erste und eine zweite Pendelmasse, die axial versetzt zwischen den Flanschen angeordnet sind. Dabei weisen die Pendelmassen unterschiedliche Tilgungsfrequenzen auf.

Es besteht daher ein Bedarf daran, mit möglichst konstruktiv einfachen Mitteln eine Leistungsfähigkeit eines Tilgerschwingungsdämpfers auch bei unterschiedlichen Betriebszuständen zu verbessern, die beispielsweise mit Drehungleichförmigkeiten unterschiedlicher Ordnungen einhergehen können.

Diesem Bedarf trägt ein Tilgerschwingungsdämpfer oder ein Antriebsstrang gemäß einem der unabhängigen Patentansprüche Rechnung.

Ein Tilgerschwingungsdämpfer zum Dämpfen einer ersten Drehungleichförmigkeit und einer zweiten Drehungleichförmigkeit unterschiedlicher Ordnungen einer Drehbewegung, wie er beispielsweise für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen kann, weist einen Koppelbolzen, eine erste Tilgermasse, die eine erste Laufbahn für den Koppelbolzen aufweist, eine zweite Tilgermasse, die eine zweite Laufbahn für den Koppelbolzen auf-weist, und einen Tilgermassenträger auf, der eine Gegenlaufbahn aufweist. Der Koppelbolzen ist ausgebildet, um an der ersten Laufbahn, der zweiten Laufbahn und der Gegenlaufbahn abzurollen, wobei der Koppelbolzen, die erste Laufbahn und die Gegenlaufbahn ausgebildet sind, um die erste Tilgermasse beweglich zu führen, um die erste Drehungleichförmigkeit durch ein Schwingen der ersten Tilgermasse zu dämpfen, und wobei der Koppelbolzen, die zweite Laufbahn und die Gegenlaufbahn ausgebildet sind, um die zweite Tilgermasse beweglich zu führen, um die zweite Drehungleichförmigkeit durch ein Schwingen der zweiten Tilgermasse zu dämpfen.

Durch den Einsatz zweier Tilgermassen, die über einen gemeinsamen Koppelbolzen in einer Gegenlaufbahn des Tilgermassenträgers geführt werden, wobei sowohl die erste Tilgermasse wie auch die zweite Tilgermasse eine entsprechende Laufbahn für den Koppelbolzen aufweist, kann es mit konstruktiv einfachen Mitteln möglich sein, für unterschiedliche Betriebszustände mit Drehungleichförmigkeiten unterschiedlicher Ordnungen die Leistungsfähigkeit eines solchen Tilgerschwingungsdämpfers zu verbessern.

Optional kann bei einem Tilgerschwingungsdämpfer der Koppelbolzen einen ersten rotationssymmetrischen Abschnitt mit einem ersten Radius und einen zweiten rotationssymmetrischen Abschnitt mit einem von dem ersten Radius verschiedenen zweiten Radius aufweisen, wobei die erste Laufbahn ausgebildet und angeordnet ist, um an dem ersten rotationssymmetrischen Abschnitt abzurollen. Die zweite Laufbahn kann ausgebildet und angeordnet sein, um an dem zweiten rotationssymmetrischen Abschnitt abzurollen. Hierdurch kann es mit konstruktiv einfachen Mitteln möglich sein, über einen gemeinsamen Koppelbolzen unterschiedliche Radien zu implementieren, wodurch es gegebenenfalls möglich sein kann, Drehungleichförmigkeiten mit stärker ungleichen Ordnungen zu dämpfen.

Optional kann bei einem solchen Tilgerschwingungsdämpfer der Koppelbolzen ferner einen dritten rotationssymmetrischen Abschnitt aufweisen, wobei die Gegenlaufbahn ausgebildet und angeordnet ist, um an dem dritten rotationssymmetrischen Abschnitt abzurollen. Auch hierdurch kann es mit vergleichsweise einfachen konstruktiven Mitteln möglich sein, auch an der Gegenlaufbahn des Tilgermassenträgers eine entsprechende Führung zu implementieren.

Optional kann bei einem solchen Tilgerschwingungsdämpfer der dritte rotationssymmetrische Abschnitt einen von dem ersten und dem zweiten Radius unterschiedlichen dritten Radius aufweisen. Es kann sich so um einen dreigestuften Koppelbolzen handeln, wodurch in Kombination der unterschiedlichen Radien es gegebenenfalls möglich sein kann, stärker unterschiedliche Ordnungen von Drehungleichförmigkeiten zu dämpfen.

So kann optional bei einem solchen Tilgerschwingungsdämpfer der dritte Radius kleiner als der erste und der zweite Radius sein. Hierdurch kann es möglich sein, die zuvor beschriebene Leistungsfähigkeit des Tilgerschwingungsdämpfers weiter zu steigern. Ergänzend oder alternativ kann es ebenso möglich sein, eine Führung entlang der axialen Richtung der ersten und/oder der zweiten Tilgermasse zu ermöglichen, da aufgrund der entsprechenden Ausgestaltung des dritten Radius der zweite und der dritte Radius, also der zweite rotationssymmetrische Abschnitt und der erste rotationssymmetrische Abschnitt Anschläge an dem Tilgermassenträger bilden können.

Ergänzend oder alternativ können bei einem Tilgerschwingungsdämpfer die erste Tilgermasse und die zweite Tilgermasse relativ zueinander bewegbar sein. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, die Drehungleichförmigkeiten mit unterschiedlichen Ordnungen aufgrund der unabhängigeren Bewegung der ersten und der zweiten Tilgermasse zueinander leichter zu dämpfen. Es kann somit möglich sein, die Leistungsfähigkeit eines entsprechenden Tilgerschwingungsdämpfers weiter zu verbessern.

Ergänzend oder alternativ können bei einem Tilgerschwingungsdämpfer die erste Tilgermasse und die zweite Tilgermasse entlang der axialen Richtung zueinander mittelbar oder unmittelbar benachbart angeordnet sein. Hierdurch kann es mit konstruktiv einfachen Mitteln möglich sein, einen zusätzlichen Bauraumbedarf zu begrenzen bzw. eine bauraumeffiziente Implementierung umzusetzen.

Ergänzend oder alternativ kann ein Tilgerschwingungsdämpfer eine Mehrzahl von Koppelbolzen aufweisen, wobei jede Tilgermasse von wenigstens zwei Koppelbolzen geführt wird. Hierdurch kann es möglich sein, eine Belastung der Koppelbolzen, der Tilgermassen sowie des Tilgermassenträgers zu reduzieren und so eine Reibung zu verringern. Ergänzend oder alternativ kann es auch möglich sein, eine Belastung der genannten Komponenten zu reduzieren. Insgesamt kann es so möglich sein, die Leistungsfähigkeit eines solchen Tilgerschwingungsdämpfers weiter zu steigern.

Ergänzend oder alternativ können bei einem Tilgerschwingungsdämpfer der Tilgermassenträger ein erstes Tilgermassenträgerbauteil und ein mit dem ersten Tilgermassenträgerbauteil starr verbundenes und entlang der axialen Richtung versetzt angeordnetes zweites Tilgermassenträgerbauteil aufweisen. Die erste und die zweite Tilgermasse können hierbei entlang der axialen Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Tilgermassenträgerbauteil angeordnet sein. Hierdurch kann es möglich sein, eine stabilere Führung der ersten und der zweiten Tilgermasse, beispielsweise gegenüber Kippbelastungen oder Kippmomenten zu erzielen. Ergänzend oder alternativ kann hierdurch auch gegebenenfalls leichter eine axiale Sicherung der ersten und der zweiten Tilgermasse sowie des Koppelbolzens erreicht werden.

Ergänzend oder alternativ können bei einem Tilgerschwingungsdämpfer die erste und die zweite Laufbahn ausgebildet sein, sodass sich die Ordnung der ersten Drehungleichförmigkeit und die Ordnung der zweiten Drehungleichförmigkeit um wenigstens einen Faktor 1.25 voneinander unterscheiden. So kann ein Tilgerschwingungsdämpfer gegebenenfalls leichter, also beispielsweise mit konstruktiv einfacheren Mitteln realisiert werden, der auch für stark unterschiedliche Ordnungen von Drehungleichförmigkeiten eine Dämpfung ermöglicht. So können sich die Ordnung der ersten Drehungleichförmigkeit und die Ordnung der zweiten Drehungleichförmigkeit beispielsweise bei einem anderen Tilgerschwingungsdämpfer um wenigstens einen Faktor 1.5 oder auch um wenigstens einen Faktor 2 voneinander unterscheiden.

Eine Komponente kann beispielsweise eine n-zählige Rotationssymmetrie aufweisen, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist. Eine n-zählige Rotationssymmetrie liegt dann vor, wenn die betreffende Komponente beispielsweise um eine Rotations- oder Symmetrieachse um (360°/n) drehbar ist und dabei im Wesentlichen formenmäßig in sich selbst übergeht, also bei einer entsprechenden Drehung im Wesentlichen auf sich selbst im mathematischen Sinn abgebildet wird. Im Unterschied hierzu geht bei einer vollständigen rotationssymmetrischen Ausgestaltung einer Komponente bei einer beliebigen Drehung um jeden beliebigen Winkel um die Rotations- oder Symmetrieachse die Komponente formenmäßig im Wesentlichen in sich selbst über, wird also im mathematischen Sinn im Wesentlichen auf sich selbst abgebildet. Sowohl eine n-zählige Rotationssymmetrie wie auch eine vollständige Rotationssymmetrie werden hierbei als Rotationssymmetrie bezeichnet.

In der vorliegenden Beschreibung wird aufgrund der wenigstens zum Teil während des Betriebs drehenden Ausgestaltung der hier beschriebenen Objekte, Komponenten und Systeme häufig von einem Zylinderkoordinatensystem ausgegangen, dessen Zylinderachse typischerweise mit der axialen Richtung der Drehbewegung und damit der axialen Richtung der betreffenden Objekte, Komponenten und Systeme übereinstimmt und gegebenenfalls sogar mit diesen zusammenfällt. Im Rahmen des Zylinderkoordinatensystems kann so ein jeder Ort bzw. eine jede Richtung oder Linie durch eine axiale Komponente, eine radiale Komponente und eine Komponente in Umfangsrichtung beschrieben werden. Auch wenn in einem kartesischen Koordinatensystem beispielsweise die radiale Richtung und die Umfangsrichtung voneinander abhängen können, wird hier unabhängig von dem betreffenden Winkel entlang der Umfangsrichtung stets von der gleichen radialen Richtung ausgegangen. Entsprechen gilt dies ebenso für die Umfangsrichtung. Auch wenn also in einem entsprechenden Zylinderkoordinatensystem die Einheitsvektoren für die Umfangsrichtung und die radiale Richtung im kartesischen Koordinatensystem nicht konstant sind, wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung stets unter der radialen Richtung diejenige verstanden, die dem entsprechenden radialen Einheitsvektor folgt. Gleiches gilt entsprechend für die Umfangsrichtung.

Eine mechanische Kopplung zweier Komponenten umfasst sowohl eine unmittelbare, wie auch eine mittelbare Kopplung, also beispielsweise eine Kopplung über eine weitere Struktur, ein weiteres Objekt oder eine weitere Komponente. Eine kraftschlüssige oder reibschlüssige Verbindung kommt durch Haftreibung, eine stoffschlüssige Verbindung durch molekulare oder atomare Wechselwirkungen und Kräfte und eine formschlüssige Verbindung durch eine geometrische Verbindung der betreffenden Verbindungspartner zustande. Die Haftreibung setzt somit im Allgemeinen eine Normalkraftkomponente zwischen den beiden Verbindungspartnern voraus.

Ein Antriebsstrang weist einen Tilgerschwingungsdämpfer, wie dieser bereits oben beschrieben wurde und weiter unten noch beschrieben wird, und einen Hubkolbenverbrennungsmotor, wobei der Hubkolbenverbrennungsmotor mit dem Tilgerschwingungsdämpfer koppelbar und ausgebildet ist, um in einem ersten Betriebszustand und in einem von dem ersten Betriebszustand verschiedenen zweiten Betriebszustand betrieben zu werden. Eine Anzahl von aktiven Zylindern ist hierbei in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand unterschiedlich, wobei in einem ersten Betriebszustand eine Stärke der ersten Drehungleichförmigkeit größer als der zweiten Drehungleichförmigkeit ist und wobei in dem zweiten Betriebszustand eine Stärke der zweiten Drehungleichförmigkeit größer als der ersten Drehungleichförmigkeit ist. Gerade in einem solchen Fall kann so ein Tilgerschwingungsdämpfer, wie dieser oben beschrieben wurde und weiter unten noch beschrieben wird, gegebenenfalls gewinnbringend eingesetzt werden.

Optional kann bei einem solchen Antriebsstrang der Hubkolbenverbrennungsmotor ausgebildet sein, sodass in dem ersten Betriebszustand die Anzahl der aktiven Zylinder größer als in dem zweiten Betriebszustand ist. Hierdurch kann es möglich sein, in dem ersten Winkelbereich, die beispielsweise um die Referenzlage des Koppelbolzens angeordnet sein kann, Drehungleichförmigkeiten, die aus dem Betriebszustand des Hubkolbenverbrennungsmotors mit der größeren Anzahl von Zylindern zu dämpfen. So kann in dem zweiten Betriebszustand, in dem folglich die Anzahl der aktiven Zylinder kleiner ist, der Tilgerschwingungsdämpfer gegebenenfalls einen größeren Dynamikbereich aufweisen, da typischerweise in einem Betriebszustand mit weniger aktiven Zylindern die Drehungleichförmigkeiten hinsichtlich ihrer Stärke oder Intensität zunehmen.

Benachbart können hierbei zwei Objekte oder Strukturen sein, wenn zwischen diesen kein weiteres Objekt oder weitere Struktur desselben Typs angeordnet ist. Unmittelbar benachbart können entsprechende Objekte oder Strukturen sein, wenn sie unmittelbar aneinander angrenzen, also beispielsweise miteinander in Kontakt stehen.

Eine einstückig ausgebildete Komponente kann beispielsweise eine solche sein, die genau aus einem zusammenhängenden Materialstück gefertigt ist. Eine einteilig gefertigte, bereitgestellte oder hergestellte Komponente oder Struktur oder auch eine integral mit wenigstens einer weiteren Komponente oder Struktur gefertigte, bereitgestellte oder hergestellte Komponente oder Struktur kann beispielsweise eine solche sein, die ohne eine Zerstörung oder Beschädigung einer der wenigstens zwei beteiligten Komponenten nicht von der wenigstens einen weiteren Komponente getrennt werden kann. Ein einstückiges Bauteil oder eine einstückige Komponente stellt so auch wenigstens ein integral mit einer anderen Struktur des betreffenden Bauteils oder der betreffenden Komponente gefertigtes oder einteiliges Bauteil bzw. gefertigte oder einteilige Komponente dar.

Zu den Kraftfahrzeugen zählen beispielsweise ebenso Personenkraftwagen wie Lastkraftwagen, Omnibusse, landwirtschaftliche Maschinen, Arbeitsmaschinen, Schienenfahrzeuge und andere landgebundene Kraftfahrzeuge. Darüber hinaus können zu den Kraftfahrzeugen jedoch ebenso wassergebundene Kraftfahrzeuge sowie Mischformen der vorgenannten Kraftfahrzeugarten zählen, die sowohl an Land wie auch an oder im Wasser operieren können.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.

1 zeigt eine Teilaufrissdarstellung in Form einer Aufsicht auf einen Tilgerschwingungsdämpfer;

2 zeigt eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Tilgerschwingungsdämpfers;

3 zeigt eine Teilaufrissdarstellung in Form einer Aufsicht auf einen Tilgerschwingungsdämpfer von einer bezogen auf 1 rückwärtigen Ansicht;

4 zeigt eine Teilaufrissdarstellung in Form einer Aufsicht auf den in den 1 bis 3 gezeigten Tilgerschwingungsdämpfer;

5 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch den in den 1 bis 4 gezeigten Tilgerschwingungsdämpfer entlang einer Schnittebene G-G, wie sie in 4 eingezeichnet ist;

6 zeigt eine Teilaufsicht auf den in den 1 bis 5 gezeigten Tilgerschwingungsdämpfer von einer bezogen auf 4 rückwärtigen Seite;

7 zeigt eine Aufsicht auf ein Tilgermassenpaket des in den 1 bis 6 gezeigten Tilgerschwingungsdämpfers;

8 zeigt eine Seitenansicht des in 7 gezeigten Tilgermassenpakets;

9 zeigt eine Aufsicht auf das in den 7 und 8 gezeigte Tilgermassenpaket von einer bezogen auf 7 rückwärtigen Seite;

10 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch das in den 7 bis 9 gezeigte Tilgermassenpaket entlang einer Querschnittsebene G-G, wie sie in 9 markiert ist; und

11 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Antriebsstrangs, wie er beispielsweise für ein Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen kann.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.

In vielen Bereichen des Anlagen-, Maschinen- und Fahrzeugbaus werden Drehbewegungen zur Übertragung mechanischer Energie verwendet. Hierbei kann es zu Drehungleichförmigkeiten kommen, die beispielsweise ein Resultat der Erzeugung der Drehbewegung, jedoch auch auf eine stoßartige oder anders geartete Entnahme der Energie zurückzuführen sein können.

Auch wenn im Folgenden im Wesentlichen Beispiele aus dem Bereich des Fahrzeugbaus und hier insbesondere aus dem Bereich des Kraftfahrzeugbaus beschrieben werden, sind Tilgerschwingungsdämpfer jedoch bei Weitem nicht auf dieses technische Gebiet beschränkt.

Im Bereich des Kraftfahrzeugbaus tritt das Problem von Drehungleichförmigkeit nicht zuletzt deshalb auf, da hier zur Erzeugung der Drehbewegung Hubkolbenverbrennungsmotoren zum Einsatz kommen, die nach dem Zweitakt- oder dem Viertaktprinzip als Otto-Motoren oder Diesel-Motoren implementiert sind. Aufgrund des Arbeitsprinzips kommt es hier jeweils während des Arbeitstaktes zu einer im Wesentlichen schlag- bzw. stoßförmigen Kraftentfaltung, die zu einer entsprechenden Überlagerung der Drehbewegung mit Drehungleichförmigkeiten führt. Diese können beispielsweise abhängig von der Anzahl der Zylinder des Hubkolbenverbrennungsmotors und dem verwendeten Prinzip (Zweitaktprinzip/Viertaktprinzip) sein.

Um den Kraftstoffverbrauch entsprechender Hubkolbenverbrennungsmotoren zu reduzieren, werden hierbei unterschiedliche Strategien verfolgt, zu denen beispielsweise eine Reduzierung der Drehzahlen (Downspeeding), eine Reduzierung des Hubraums oder Volumens (Downsizing) sowie die Verwendung aufgeladener Motoren mithilfe Turboladern oder Kompressoren zählt. Eine Strategie zur Reduzierung des effektiven Hubraums auch bei größer volumigen Motoren mit einer entsprechenden Anzahl von Zylindern besteht darin, in unterschiedlichen Betriebszuständen die Anzahl der aktiven Zylinder zu verändern. So kann beispielsweise in einem ersten Betriebszustand die Anzahl der aktiven Zylinder größer als in einem zweiten Betriebszustand sein. Beispielsweise können in dem ersten Betriebszustand alle Zylinder des Hubkolbenverbrennungsmotors aktiv sein, während in dem zweiten Betriebszustand beispielsweise nur zwei Drittel oder nur die Hälfte der insgesamt implementierten Zylinder aktiv sind. Der erste Betriebszustand kann so beispielsweise als Vollmotorbetrieb, der zweite Betriebszustand als Halbmotorbetrieb bezeichnet werden.

Bei solchen Motoren, bei denen also in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand ein oder mehrere Zylinder abgeschaltet werden können so aufgrund der zuvor beschriebenen Abhängigkeit der Drehungleichförmigkeiten von der Anzahl der aktiven Zylinder eine Änderung der Zusammensetzung der Drehungleichförmigkeiten hervorgerufen werden. Bei Motoren mit einer solchen Zylinderabschaltung kann sich so die Auslegung eines Tilgerschwingungsdämpfers, der auch als drehzahladaptiver Tilger (DAT) bezeichnet wird, auf nur eine der hierbei gegebenenfalls auftretenden beiden Ordnungen als unzureichend erweisen. Je nach Abstimmung kann so der Tilgerschwingungsdämpfer beispielsweise in einem der beiden Betriebszustände, also beispielsweise dem Vollmotorbetrieb oder dem Halbmotorbetrieb, gegebenenfalls sogar wirkungslos sein. Aus diesem Defizit heraus ergibt sich so die Forderung, einen Tilgerschwingungsdämpfer zu schaffen, dessen Leistungsfähigkeit auch in unterschiedlichen Betriebszuständen mit gegebenenfalls unterschiedlichen Drehungleichförmigkeiten unterschiedlicher Ordnungen mit möglichst konstruktiv einfachen Mitteln erzielbar ist. Es kann sich so die Herausforderung stellen, einen Tilgerschwingungsdämpfer zu implementieren, welcher in beiden Ordnungen, also mit und ohne Zylinderabschaltungsmodus, eine ausreichende Tilgungswirkung erbringen kann.

Tilgerschwingungsdämpfer, wie sie nachfolgend noch beschrieben werden, nutzen hierbei Erkenntnisse aus, die sich aus Simulationen und anderen Untersuchungen zum Thema Zylinderabschaltung im Zusammenhang mit DAT-Systemen ergeben. So haben entsprechende Untersuchungen gezeigt, dass bei der Auslegung eines Tilgerschwingungsdämpfers im Hinblick auf die zu dämpfende Ordnung im Vergleich mit aktiver Zylinderabschaltung und im Vollmotorbetrieb die Intensität bzw. Stärke der entsprechenden Drehungleichförmigkeiten stark variieren kann. Wird der Tilgerschwingungsdämpfer beispielsweise alleine auf die Ordnung im Betriebszustand der Zylinderabschaltung ausgelegt, so können die Schwingungen im Vollmotorbetrieb stark zunehmen, da hier der Tilgerschwingungsdämpfer bei einer alleinigen Auslegung auf den Betriebszustand der Zylinderabschaltung häufig keine ausreichende Tilgungsleistung oder Tilgungswirkung mehr entfalten kann. Andererseits steigen mit abnehmender Anzahl der aktiven Zylinder die Drehungleichförmigkeiten hinsichtlich Intensität bzw. Stärke an.

Ein Tilgerschwingungsdämpfer, wie er nachfolgend noch beschrieben werden wird, kann so entsprechend ausgelegt werden, dass dieser für geringe Schwingwinkel die Ordnung einer Drehungleichförmigkeit zu dämpfen vermag, die dem eines Vollmotors entspricht, während für große Schwingwinkel eine Abstimmung auf die Ordnung der Drehungleichförmigkeiten im Betriebszustand der Zylinderabschaltung vorgenommen werden kann. Hierdurch kann mit dem gleichen Tilgerschwingungsdämpfer und insbesondere mit der gleichen Tilgermasse sowohl eine Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten in dem ersten Betriebszustand und in dem zweiten Betriebszustand möglich sein.

Tilgerschwingungsdämpfer können zusammen mit anderen Drehschwingungsdämpfern beispielsweise im Rahmen von Anfahrelementen, also beispielsweise im Rahmen trocken laufender Kupplungen, nass laufender Kupplungen oder auch im Bereich hydrodynamischer Drehmomentwandler zum Einsatz kommen. Diese können optional mit einem Tilgerschwingungsdämpfer ausgestattet werden. Hierbei kann der Tilgerschwingungsdämpfer entsprechend der durch den Motor hervorgerufenen Ordnungen hinsichtlich der Drehungleichförmigkeiten abgestimmt und somit in einem definierten Frequenzbandbereich bei gleich bleibender Motorordnung, also gleich bleibender Anzahl der arbeitenden Zylinder, optimal arbeiten. Durch den Einsatz eines Tilgerschwingungsdämpfers, wie er nachfolgend beschrieben wird, kann so durch eine entsprechende Integration in ein entsprechendes Anfahrelement eine entsprechende Anpassung nicht nur an einem Betriebszustand des Motors, sondern an mehrere Betriebszustände des Motors erfolgen.

Auch wenn ein Tilgerschwingungsdämpfer beispielsweise im Rahmen der vorgenannten Anfahrelemente implementiert werden kann, kann dieser jedoch auch an anderen Stellen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Dieser kann beispielsweise in ein Getriebe, ein Differential oder eine andere entsprechende Komponente des Antriebsstrangs integriert sein. Das Getriebe kann beispielsweise ein Stufengetriebe, jedoch auch ein stufenloses Getriebe umfassen. Im Falle eines Stufengetriebes kann dieses auf Basis von Planetenradsätzen und/oder auf Basis von Stirnradgetriebesätzen arbeiten.

1 zeigt eine Teilaufrissdarstellung in Form einer Aufsicht auf einen Tilgerschwingungsdämpfer 100, der in 2 in einer Seitenansicht, in 3 ebenfalls in einer Teilaufrissdarstellung in Form einer Aufsicht von einer bezogen auf 1 rückwärtigen Seite, in 4 als Teilaufsicht auf die in 1 aufgezeigte Seite, in 5 in Form einer Querschnittsdarstellung entlang einer Querschnittsebene G-G, wie sie in 4 gezeigt ist, und in 6 in Form einer weiteren Teilaufsichtsdarstellung, wobei der Blickwinkel dem aus 3 entspricht. Der Tilgerschwingungsdämpfer 100 kann beispielsweise im Rahmen eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen. Wie nachfolgend noch erläutert wird, ist der Tilgerschwingungsdämpfer 100 in der Lage, eine erste Drehungleichförmigkeit und eine zweite Drehungleichförmigkeit unterschiedlicher Ordnungen einer Drehbewegung zu dämpfen. Der Tilgerschwingungsdämpfer weist so einen Koppelbolzen 110 sowie ein Tilgermassenpaket 120 auf. Genauer gesagt umfasst der Tilgerschwingungsdämpfer 100 eine Mehrzahl von entlang einer Umfangsrichtung 130 äquidistant angeordneten Tilgermassenpaketen 120, wobei jedes der Tilgermassenpakete 120 eine erste Tilgermasse 140 und eine zweite Tilgermasse 150 umfasst. Die erste Tilgermasse 140 weist hierbei eine erste Laufbahn für den Koppelbolzen 110 auf, sodass die erste Tilgermasse 140 über diesen beweglich geführt werden kann, um die erste Drehungleichförmigkeit durch ein entsprechendes Schwingen der ersten Tilgermasse 140 zu dämpfen. Entsprechend weist die zweite Tilgermasse 150 eine zweite Laufbahn 170 für den Koppelbolzen 110 auf, sodass die zweite Tilgermasse 150 entsprechend über den Koppelbolzen 110 ebenfalls beweglich geführt werden kann, um die zweite Drehungleichförmigkeit durch ein Schwingen der zweiten Tilgermasse 150 zu dämpfen.

Die Tilgermassen 140, 150 der Tilgermassenpakete 120 werden bei dem hier gezeigten Beispiel eines Tilgerschwingungsdämpfers 100 durch jeweils zwei Koppelbolzen 110 geführt. Hierdurch kann es möglich sein, eine Belastung der Tilgermassen 140, 150 und des Koppelbolzens 110 zu reduzieren, was der Haltbarkeit und damit gegebenenfalls der Leistungsfähigkeit des Tilgerschwingungsdämpfers 100 entgegen kommen kann. Entsprechend weist der Tilgerschwingungsdämpfer 100, wie er hier gezeigt ist, zehn Koppelbolzen 110 auf. Bei anderen Tilgerschwingungsdämpfern 100 kann sowohl die Zahl der Tilgermassenpakete 120 wie auch die Zahl der Koppelbolzen 110 und die Anordnung der Tilgermassenpakete 120 entlang der Umfangsrichtung 130 sowie die Anordnung der Koppelbolzen 110 bezogen auf die Tilgermassenpakete 120 anders ausgestaltet sein.

Die erste und die zweite Tilgermasse 140, 150 sind entlang einer axialen Richtung 180 zueinander mittelbar oder unmittelbar benachbart angeordnet. Hier sind die beiden Tilgermassen 140, 150 unmittelbar benachbart angeordnet, wobei diese jedoch nicht miteinander verbunden sind. Die erste Tilgermasse 140 und die zweite Tilgermasse 150 sind daher relativ zueinander bewegbar. Der Tilgerschwingungsdämpfer 100 weist ferner einen Tilgermassenträger 190 auf, der eine Gegenlaufbahn 200 aufweist. Der Koppelbolzen 110 ist hierbei ausgebildet, um an der ersten Laufbahn 160, der zweiten Laufbahn 170 und der Gegenlaufbahn 200 entsprechend abzurollen. Hierdurch kann vermittelt über den Koppelbolzen 110 je nach Anregung und Drehungleichförmigkeit die erste und/oder die zweite Tilgermasse 140, 150 des Tilgermassenpakets 120 zu einer Schwingung angeregt werden, um die entsprechende Drehungleichförmigkeit zu dämpfen.

Der Tilgermassenträger 190 weist hierbei genauer gesagt ein erstes Tilgermassenträgerbauteil 210-1 und ein zweites Tilgermassenträgerbauteil 210-2 auf, die bei dem hier gezeigten Beispiel aus einem Blechmaterial gefertigt wurden. Aus diesem Grund werden die betreffenden Tilgermassenträgerbauteile 210 auch als Bahnbleche bezeichnet, da sie die Gegenlaufbahnen 200 umfassen. In den 1 und 3 sind hierbei die entsprechenden Tilgermassenträgerbauteile 210 zur Übersichtlichkeit geschnitten dargestellt, um einen Einblick auf die Tilgermassenpakete 120 zu ermöglichen. Die beiden Tilgermassenträgerbauteile 210 sind hierbei entlang der axialen Richtung 180 versetzt angeordnet, jedoch miteinander über Distanzniete 220 starr, also insbesondere drehfest verbunden. Die Tilgermassenpakete 120, also die erste Tilgermasse 140 und die zweite Tilgermasse 150 sind hierbei entlang der axialen Richtung 180 zwischen den beiden Tilgermassenträgerbauteilen 210 angeordnet.

Das erste Tilgermassenträgerbauteil 210-1 weist hierbei an einer radial innen liegenden Seite einen Flanschbereich 230 auf, über den der Tilgerschwingungsdämpfer 100 mit anderen Komponenten koppelbar ist. Zu diesem Zweck weist der Flanschbereich 230 entlang der Umfangsrichtung 130 äquidistant verteilte Bohrungen 240 auf, über die der Flanschbereich 230 beispielsweise mit einer anderen Komponente verschraubt oder vernietet werden kann. Selbstverständlich können auch andere Verbindungstechniken zum Einsatz kommen, die beispielsweise eine stoffschlüssige, eine formschlüssige und/oder eine kraftschlüssige Verbindung ermöglichen. Um beispielsweise eine Fehlmontage unwahrscheinlicher zu machen, kann der Flanschbereich 230 optional ferner weitere Bohrungen 250 aufweisen, die beispielsweise einen abweichenden Durchmesser aufweisen und beispielsweise ebenfalls nicht äquidistant entlang der Umfangsrichtung 130 angeordnet sind.

Wie nachfolgend noch näher erläutert werden wird, kann ein Tilgerschwingungsdämpfer, wie er hier beschrieben ist, beispielsweise gerade dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn die Ordnungen der Drehungleichförmigkeiten sich voneinander um wenigstens einen Faktor 1.25, um wenigstens einen Faktor 1.5 oder wenigstens um einen Faktor 2 unterscheiden, sodass eine Dämpfung mit nur einer Tilgermasse 140, 150 unwahrscheinlich ist. Hierzu werden jedoch weiter unten noch nähere Erläuterungen gegeben.

Wie beispielsweise 5 auch illustriert, wiest der Koppelbolzen 110 einen ersten rotationssymmetrischen Abschnitt 260-1 mit einem ersten Radius auf. Die erste Laufbahn 160 ist hierbei gerade derart ausgebildet und angeordnet, sodass der erste rotationssymmetrische Abschnitt 260-1 auf dieser abzurollen vermag. Entsprechend weist der Koppelbolzen 110 ebenso einen zweiten rotationssymmetrischen Abschnitt 260-2 mit einem von dem ersten Radius verschiedenen zweiten Radius auf, wobei hier die zweite Laufbahn 170 gerade so ausgebildet und angeordnet ist, dass diese dem zweiten rotationssymmetrischen Abschnitt 260-2 ein entsprechendes Abrollen ermöglicht. Der Koppelbolzen 110 kann darüber hinaus einen oder mehrere dritte rotationssymmetrische Abschnitte 260-3 aufweisen, die im Hinblick auf die Gegenlaufbahn 200 gerade so ausgebildet und angeordnet sind, sodass diese an der Gegenlaufbahn 200 abzurollen vermögen. Der dritte rotationssymmetrische Abschnitt 260-3 kann hierbei beispielsweise einen von dem ersten und dem zweiten Radius unterschiedlichen dritten Radius aufweisen, der beispielsweise kleiner als der erste und der zweite Radius sein kann.

Auch wenn bei dem hier gezeigten Beispiel eines Tilgerschwingungsdämpfers 100 fünf Tilgermassenpakete 120 mit entsprechenden fünf ersten und zweiten Tilgermassen 140, 150 und zwei Koppelbolzen 110 je Tilgermassenpaket 120 zum Einsatz kommen, können bei anderen Beispielen auch mehr oder weniger Tilgermassenpakete 120 und eine unterschiedliche Anzahl von Koppelbolzen je Tilgermassenpaket 120 verwendet werden. Auch können diese gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Anordnung sowohl entlang der Umfangsrichtung 130 bei den Tilgermassenpaketen 120, wie auch in Bezug auf die einzelnen Tilgermassenpakete 120 im Falle der Koppelbolzen 110 anders angeordnet sein.

Treten bei einem Tilgerschwingungsdämpfer Drehungleichförmigkeiten auf, so stellen diese bezogen auf die eigentliche Drehbewegung Schwingungsanteile dar, die die Tilgermassen 140, 150 bezogen auf den Tilgermassenträger 190 zu Schwingungen anregen. Diese Schwingungen werden nicht zuletzt durch die Pendelgleichung beschrieben. Hierbei kann je nach Genauigkeit des den Tilgerschwingungsdämpfer 100 zugrunde gelegten Modells beispielsweise die entsprechende Tilgermasse unter Berücksichtigung ihrer fertigungstechnischen Toleranzen und der tatsächlich auf sie einwirkenden Kräfte modelliert werden. Die Bewegung der Tilgermassen 140, 150 wird hierbei durch ihre Lagerung oder Führung durch den Tilgermassenträger 190, also insbesondere durch die Ausgestaltung der Gegenlaufbahn 200 sowie der Laufbahnen 160, 170 bestimmt. Ebenso hat die Ausgestaltung des Koppelbolzens 110 Einfluss auf die Bewegungsbahn der betreffenden Tilgermassen 140, 150.

In einem vereinfachten Modell, bei dem eine im Wesentlichen konstante „Pendellänge“ zugrunde gelegt wird, die sich aus den genannten bewegungsrelevanten Bauteilen ableiten lässt, ist so die Eigenfrequenz der Tilgermasse 140, 150 hinsichtlich der anregbaren Schwingungen im Wesentlichen proportional zu einer Wurzel aus der auf die Tilgermasse 140, 150 wirkenden Beschleunigung. Je nach Drehzahl kann hierbei die entsprechende Beschleunigung von der Fliehkraft dominiert werden, wobei auch andere Einflüsse die Beschleunigung hinsichtlich ihres Betrags und ihrer Richtung beeinflussen können. So kann es aufgrund dieser Einflüsse beispielsweise dazu kommen, dass die Beschleunigung nicht mehr nach radial außen gerichtet ist, wie dies im Falle einer reinen fliehkraftbasierten Beschleunigung der Fall wäre, und dass diese auch eine von der Fliehkraft abweichende Größe aufweist. Hierdurch kann eine Abweichung des Schwingungsverhaltens der Tilgermasse 140, 150, also beispielsweise auch eine Veränderung der Eigenfrequenz der Tilgermasse 140, 150 resultieren.

Zu den Einflüssen zählt beispielsweise die Erdbeschleunigung, die gerade bei einer entsprechenden Einbaulage des Tilgerschwingungsdämpfers mit einer senkrecht zu ihrer Wirklinie angeordneten axialen Richtung 180 und hinreichend niedrigen Drehzahlen der Drehbewegung zu massiven Abweichungen von dem eigentlichen Schwingverhalten der Tilgermasse 140, 150 führen kann. Aber auch andere Beschleunigungen oder stoßartige Belastungen können zu einem abweichenden Dynamikverhalten der Tilgermasse 140, 150 führen.

In einem sehr stark vereinfachten Modell ist so die Eigenfrequenz der Tilgermasse 140, 150 des Tilgerschwingungsdämpfers 100 proportional zu der Quadratwurzel aus der effektiven Beschleunigung, die auf die Tilgermasse 140, 150 einwirkt. Ist diese dominiert von der Fliehkraft, so ist diese im Wesentlichen quadratisch mit der Drehzahl der Drehbewegung, sodass die Eigenfrequenz der Tilgermasse 140, 150 proportional zu der Drehzahl der Drehbewegung ist. Ist so der Tilgerschwingungsdämpfer mit seinem Tilgermassenträger 190 mittelbar oder unmittelbar an eine Kurbelwelle eines Hubkolbenverbrennungsmotors gekoppelt, sodass die Drehzahl der Drehbewegung des Tilgerschwingungsdämpfers 100 mit der Drehzahl der Kurbelwelle übereinstimmt oder gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Unter- oder Übersetzung einen entsprechenden festen Koeffizienten aufweist, ist so die Eigenfrequenz der Tilgermasse 140, 150 proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle.

Wie zuvor bereits erläutert wurde, können die Drehungleichförmigkeiten mit Frequenzen auftreten, die ebenfalls proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle des Hubkolbenverbrennungsmotors, also proportional zu der Drehzahl der Drehbewegung sind. Daher können auch die Drehungleichförmigkeiten hinsichtlich ihrer Frequenz ein festes Verhältnis zu der Drehzahl der Drehbewegung bzw. der Kurbelwelle des Hubkolbenverbrennungsmotors aufweisen. Das Verhältnis der Frequenz der entsprechenden Drehungleichförmigkeit bezogen auf die Drehzahl der Kurbelwelle bzw. der Drehbewegung wird hierbei als Ordnung der entsprechenden Drehungleichförmigkeit bezeichnet. Diese kann je nach System eine ganze Zahl, eine rationale Zahl oder auch eine irrationale Zahl sein. Bei vielen Implementierungen, insbesondere bei solchen, bei denen der Tilgerschwingungsdämpfer die gleiche Frequenz wie die Kurbelwelle des Hubkolbenverbrennungsmotors aufweist treten dominierend häufig ganzzahlige Ordnungen bzw. vergleichsweise einfache rationale Ordnungen, wie beispielsweis 1.5 bei einem 3-Zylinderviertaktmotor). Andere typische Ordnungen stellen 1.25 und 2 dar.

Für die Auslegung eines Tilgerschwingungsdämpfers 100 auf eine bestimmte Ordnung stehen so mehrere Parameter zur Verfügung. Der Schwerpunkt einer Tilgermasse 140, 150 kann so aus ihrer Geometrie resultieren. Abhängig von der Lage des Schwerpunkts wird so eine bestimmte Bahnform für die Bewegung des Tilgerschwerpunktes erforderlich, um eine Dämpfung einer Drehungleichförmigkeit einer gewünschten Ordnung zu erzielen. Der Bahndurchmesser kann so bei einer kreisförmigen Bahn über die Durchmesser der Koppelbolzen 110 und die Durchmesser der beiden Nieren, also der Niere in den Tilgermassen 140, 150 (erste oder zweite Laufbahn 160, 170) und die entsprechende Niere in dem Tilgermassenträger, also die Gegenlaufbahn 200 beeinflussen. So ist es möglich, die Gegenlaufbahn 200 in dem Tilgermassenträger 190 beispielsweise mit einem festen Durchmesser durch das Anpassen des Durchmessers bzw. des Radius des Koppelbolzens 110 und der Durchmesser der Laufbahnen 160, 170 in der Tilgermasse 140, 150 für verschiedene Ordnungen zu nutzen.

Die 7 zeigt eine Aufsicht auf ein Tilgermassenpaket 120, das auch als Fliehgewichtpaket bezeichnet wird und eine Untergruppe des Tilgerschwingungsdämpfers 100 darstellt. Die Tilgermassenpakete 120 weisen hierbei die zuvor bereits genannten Koppelbolzen 110 auf.

Während also 7 eine Aufsicht auf das Tilgermassenpaket 120 von Seiten der zweiten Tilgermasse 150 zeigt, zeigt 8 eine Seitenansicht des Tilgermassenpakets 120, sowie 9 eine Seitenansicht von Seiten der ersten Tilgermasse 140 und 10 eine entsprechende Querschnittsdarstellung entlang der Querschnittsebene G-G, wie diese in 9 markiert ist.

Die 7 bis 10 zeigen hierbei beispielsweise, dass der erste Radius des ersten rotationssymmetrischen Abschnitts 260-1 größer ist als beispielsweise der zweite Radius des zweiten rotationssymmetrischen Abschnitts 260-2, der wiederum größer ist als der dritte Radius des dritten rotationssymmetrischen Abschnitts 260-3. Darüber hinaus zeigt insbesondere die 8, jedoch auch die 10 den insgesamt dreifach gestuften Koppelbolzen 110 in einem größeren Maßstab als dies die 1 bis 6 tun konnten.

Bei dem in den 1 bis 6 dargestellten Tilgerschwingungsdämpfer 100 handelt es sich um einen solchen, bei dem die auch als Fliehgewichtbleche bezeichneten Tilgermassen 140, 150 nicht miteinander verbunden sind. Diese sind vielmehr zueinander relativ bewegbar. Die Koppelbolzen 110 dieser Variante sind dreistufig aufgebaut, wie beispielsweise die 7 bis 10 näher gezeigt haben. Dies bedeutet, dass für jede der Tilgermasse 140, 150 eine separate Rollenstufe vorgesehen ist, wobei die Koppelbolzen 110 auch als Rollen bezeichnet werden. Damit kann für jede der beiden hier betrachteten Ordnungen bzw. deren Laufbahnen oder Bahnen 160, 170 wie auch bei einem konventionellen DAT-System mithilfe der Gegenlaufbahn 200 in dem Tilgermassenträger 190, den Laufbahnen 160, 170 in den Tilgermassen 140, 150 und den entsprechenden Durchmessern der Koppelbolzen 110 die Dynamik und Bewegung der Schwerpunkte der einzelnen Tilgermassen 140, 150 bestimmt werden. Je nach konkreter Ausgestaltung kann es beispielsweise aufgrund von Reibung oder anderen Effekten jedoch dazu kommen, dass hier die Tilgermassen 140, 150 einander beeinflussen. Dies kann eine Folge der Tatsache sein, dass die Tilgermassen 140, 150 in einem auch als Fliehgewichtpaket bezeichneten Tilgermassenpaket 120 jeweils eine oder mehrere Koppelbolzen 110 teilen.

Kommt es so zu einer Anregung in nur einer der Ordnungen, sodass nur eine der Tilgermassen 140, 150 zum Schwingen angeregt wird, kann das jeweils andere Fliehgewicht bzw. die andere Tilgermasse als passive Masse fungieren und den Koppelbolzen durch die Fliehkraft nach außen ziehen, wodurch dieser gegebenenfalls in seiner freien Bewegung eingeschränkt wird. Dies kann dazu führen, dass die effektive Masse der Tilgermassen 140, 150 durch die jeweils andere, passive Masse erhöht wird. Hierdurch kann es möglich sein, trotz der beschriebenen Einschränkung der freien Beweglichkeit, dass dennoch mehr Energie zurück in die entsprechende Drehbewegung einkoppelbar ist.

11 zeigt schließlich eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 300, wie er beispielsweise für ein Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen kann. Der Antriebsstrang 300 umfasst einen Hubkolbenverbrennungsmotor 310, der in 11 als 8-Zylindermotor mit entsprechend acht schematisch angedeuteten Zylindern 320-1, ..., 320-8 dargestellt ist. Ein Antriebsstrang 300 ist jedoch bei Weitem nicht auf einen 8-Zylindermotor eingeschränkt. Es können vielmehr alle beliebigen Anzahlen von Zylindern 320 im Rahmen eines entsprechenden Hubkolbenverbrennungsmotors 310 verwendet werden. Über eine Kurbelwelle 330 ist bei dem Antriebsstrang 300 ein Anfahrelement 340 angeschlossen, welches ausgebildet ist, um einen Drehmomentfluss zwischen dem Hubkolbenverbrennungsmotor 310 und einem dem Anfahrelement 340 über eine Getriebeeingangswelle 350 nachgeschalteten Getriebe 360 zu unterbrechen. Das Anfahrelement 340 kann beispielsweise eine nass laufende Kupplung, eine trocken laufende Kupplung oder auch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler umfassen. So kann es sich beispielsweise um einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer nass laufenden Überbrückungskopplung handeln, im Rahmen dessen beispielsweise ein Tilgerschwingungsdämpfer 100 implementiert ist. Der Tilgerschwingungsdämpfer 100 kann jedoch auch an anderen Stellen als im Rahmen eines solchen Anfahrelements oder eines anderen Anfahrelements in den Antriebsstrang 300 integriert werden. Dieser kann beispielsweise als Teil des Getriebes 360 vorgesehen sein, bei dem es sich seinerseits beispielsweise um ein Stufengetriebe, ein stufenloses Getriebe oder eine Kombination von beidem handeln kann. Der Antriebsstrang 360 kann ferner eine Getriebeausgangswelle 370 umfassen, über die beispielsweise ein in 11 nicht dargestelltes Differential und die ebenfalls in 11 nicht dargestellten Antriebsräder mit dem Getriebe 360 ausgangsseitig gekoppelt sein können.

Der Hubkolbenverbrennungsmotor, der mit dem Tilgerschwingungsdämpfer 100 gekoppelt oder koppelbar ist, kann hierbei beispielsweise so ausgelegt sein, dass dieser in einem ersten und in einem zweiten Betriebszustand betrieben werden kann, wobei der zweite Betriebszustand von dem ersten Betriebszustand unterschiedlich ist. So kann beispielsweise eine Anzahl von aktiven Zylindern in dem ersten und dem zweiten Betriebszustand unterschiedlich sein, wobei in dem ersten Betriebszustand eine Stärke der ersten Drehungleichförmigkeit größer als der zweiten Drehungleichförmigkeit ist. Entsprechend kann in dem zweiten Betriebszustand eine Stärke der zweiten Drehungleichförmigkeit größer als der ersten Drehungleichförmigkeit sein. Der Hubkolbenverbrennungsmotor 310 kann darüber hinaus beispielsweise gerade so ausgestaltet sein, dass in dem ersten Betriebszustand die Anzahl der aktiven Zylinder größer ist als in dem zweiten Betriebszustand. Der erste Betriebszustand kann so beispielsweise der auch als Vollmotorbetriebszustand bezeichnete sein, in dem alle Zylinder 320 aktiv sind. Im Unterschied hierzu kann es sich bei dem zweiten Betriebszustand um einen Zustand mit aktiver Zylinderabschaltung handeln, bei dem ein oder mehrere Zylinder 320 inaktiv geschaltet sind. Je nach Konfiguration des Motors kann hierbei ein beliebiger Bruchteil der Zylinder 320 abgeschaltet werden. So kann beispielsweise die Zahl der Zylinder auf die Hälfte reduziert werden, weshalb dieser Betriebszustand auch als Halbmotorsteuerung bezeichnet wird.

Ein Tilgerschwingungsdämpfer 100, wie er hier beschrieben wurde, kann so eine Eignung aufweisen, um im Zusammenhang mit einem Motor betrieben zu werden, der über eine Zylinderabschaltung verfügt. Hierbei basiert der Tilgerschwingungsdämpfer 100 auf einer partiellen Nutzung der Laufbahnen für die Tilgermassen 120. Je nach konkreter Implementierung eines solchen Tilgerschwingungsdämpfers kann dieser gegebenenfalls von außen nicht unmittelbar erkannt werden. So kann es gegebenenfalls notwendig oder zumindest ratsam sein, die betreffende, den Tilgerschwingungsdämpfer 100 umfassende Komponente zu öffnen und gegebenenfalls weiter zu zerlegen. Handelt es sich beispielsweise um das Anfahrelement 340, welches den Tilgerschwingungsdämpfer 100 umfasst, kann ein Öffnen und gegebenenfalls Zerlegen des Anfahrelements 340 ratsam sein.

Ein Tilgerschwingungsdämpfer 100 kann so als Mehrordnungstilger mit einem Abwälzen eines oder mehrerer gemeinsamer Koppelbolzen 110 unterschiedlichen Tilgermassenbahnen 160, 170 implementiert werden. Es arbeitet hierbei als Fliehkraftpendel nach dem Sarazin-Prinzip. Der Koppelbolzen 110 kann hierbei in der Gegenlaufbahn 200 des auch als Tilgerträger bezeichneten Tilgermassenträgers 190 abwälzen. Ebenso kann der Koppelbolzen in der ersten Laufbahn 160 der ersten Tilgermasse 140 und in der zweiten Laufbahn 170 der zweiten Tilgermasse 150 abwälzen. Hierdurch kann eine Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten unterschiedlicher Ordnungen möglich sein, auf die die erste und die zweite Tilgermasse 140, 150 ausgelegt sind.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.

Bezugszeichenliste

100
Tilgerschwingungsdämpfer
110
Koppelbolzen
120
Tilgermassenpaket
130
Umfangsrichtung
140
erste Tilgermasse
150
zweite Tilgermasse
160
erste Laufbahn
170
zweite Laufbahn
180
axiale Richtung
190
Tilgermassenträger
200
Gegenlaufbahn
210
Tilgermassenträgerbauteil
220
Distanzniet
230
Flanschbereich
240
Bohrung
250
weitere Bohrung
260
rotationssymmetrischer Abschnitt
300
Antriebsstrang
310
Hubkolbenverbrennungsmotor
320
Zylinder
330
Kurbelwelle
340
Anfahrelement
350
Getriebeeingangswelle
360
Getriebe
370
Getriebeausgangswelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102012219959 A1 [0009]