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Dokumentenidentifikation DE102006027353A1 27.12.2007
Titel Zugmitteltrieb
Anmelder Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Rettig, Frank, Dipl.-Ing., 91074 Herzogenaurach, DE;
Bogner, Michael, Dipl.-Ing. (FH), 90542 Eckental, DE
DE-Anmeldedatum 13.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027353
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse F16H 7/00(2006.01)A, F, I, 20060613, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16F 15/20(2006.01)A, L, I, 20060613, B, H, DE   
Zusammenfassung Zugmitteltrieb, mit einem Umschlingungsmittel, wenigstens einem antreibenden rotierenden Bauteil und wenigstens einem angetriebenen rotierenden Bauteil und einem Schwingungstilger, mit wenigstens einem um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens einer auf eine Anregungsfrequenz abgestimmten Tilgermasse, die bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebenen verlagerbar ist, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert, wobei der Schwingungstilger wenigstens zwei Tilgerkörper (9, 10, 19, 20) mit Tilgermasse umfasst, wobei die Tilgerkörper (9, 10, 19, 20) verschiedenen rotierenden Bauteilen zugeordnet sind.

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Zugmitteltrieb, mit einem Umschlingungsmittel, wenigstens einem antreibenden rotierenden Bauteil und wenigstens einem angetriebenen rotierenden Bauteil und einem Schwingungstilger, mit wenigstens einem um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens einer, auf eine Anregungsfrequenz abgestimmten Tilgermasse, die bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebene verlagerbar ist, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert.

Hintergrund der Erfindung

Dynamische Systeme, die im Bereich ihrer Eigenfrequenzen angeregt werden, zeigen generell als Systemantwort erhöhte Schwingungen. Wenn ein System, etwa ein Teil einer drehenden Maschine, in einem breiten Frequenzspektrum angeregt wird, so besteht die Gefahr, dass bei ungünstigen Betriebsverhältnissen Resonanzphänomene auftreten. Bei Brennkraftmaschinen ist dies meist dann der Fall, wenn Eigenfrequenzen von rotierenden Bauteilen, zum Beispiel des Steuertriebs, des Aggregatetriebs, der Nockenwelle oder eines Nockenwellenverstellers, mit den Anregungsfrequenzen der Brennkraftmaschine zusammenfallen. Da die Anregungsfrequenzen mit der Drehzahl des Motors steigen, durchlaufen sie den gesamten Frequenzbereich, in dem auch Eigenfrequenzen der erwähnten Komponenten der Brennkraftmaschine liegen. Dabei kann es sich um Eigenfrequenzen eines Zugmittels im Aggregatetrieb oder im Steuertrieb handeln, ebenso um Dreheigenfrequenzen der Aggregate oder des Steuertriebs. Es können sogar solche Freiheitsgrade angeregt werden, die keine unmittelbare Kopplung mit dem Verbrennungsprozess besitzen, beispielsweise können Biegeschwingungen einer Fahrzeugkarosserie entstehen, die eine Schallabstrahlung in den Fahrgastraum und die Umgebung bewirken.

Diese dynamischen Effekte können zu einer erhöhten Belastung von Zugmitteln führen, daneben kann Schlupf entstehen oder es wird eine Schallabstrahlung in angrenzende Strukturen erzeugt. Diese dynamischen Belastungen reduzieren außerdem die Lebensdauer der Bauteile und sind daher unerwünscht. Um diesen Effekten entgegen zu wirken, hat man bisher aufwändige Gegenmaßnahmen ergriffen und mechanische und hydraulische Spannsysteme, Freiläufe, Dämpfer oder Elastriemen eingesetzt. Alle bekannten Maßnahmen weisen jedoch Nachteile auf, hydraulische Spannsysteme bewirken beispielsweise einen Leistungsverlust, der zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt, andere Maßnahmen führen zu höheren Kosten.

Schwingungstilger, bei denen eine drehbare Masse beweglich mit Tilgermassen verbunden ist, sind bereits seit langer Zeit bekannt, beispielsweise wird auf die CH 175420 oder die GB 379 165 verwiesen. Weitere Schwingungstilger, die für den Einsatz bei Brennkraftmaschinen vorgesehen sind, sind beispielsweise aus der DE 199 11 564 A1 oder der DE 100 59 101 A1 bekannt. In dem Artikel „Drehzahladaptiver Tilger – Eine Alternative für die Schwingungsreduzierung?" (ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 103 (2001) 4, S. 290-296) werden verschiedene konstruktive Ausführungen von Schwingungstilgern für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs beschrieben.

Damit die Wirkung des Schwingungstilgers ausreicht, ist eine bestimmte Tilgermasse erforderlich. Da der zur Verfügung stehende Einbauraum heutzutage bei Brennkraftmaschinen begrenzt ist, ist die Integration des Schwingungstilgers in einen Zugmitteltrieb schwierig.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zugmitteltrieb anzugeben, bei dem die Integration eines Schwingungstilgers erleichtert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Zugmitteltrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schwingungstilger wenigstens zwei Tilgerkörper mit Tilgermassen umfasst, wobei die Tilgerkörper verschiedenen rotierenden Bauteilen zugeordnet sind.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Aufteilung der benötigten Gesamtmasse der Tilgermassen auf mehrere Tilgerkörper kann der Schwingungstilger auch bei solchen Zugmitteltrieben eingesetzt werden, bei denen der Einbauraum begrenzt ist. Die beiden einzelnen Tilgerkörper sind jeweils signifikant kleiner als ein einzelner Tilgerkörper.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein Tilgerkörper fest mit dem zugeordneten rotierenden Bauteil verbunden oder einstückig damit ausgebildet ist. Die Form und der Aufbau des rotierenden Bauteils kann somit genau auf den Tilgerkörper abgestimmt werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb kann es auch vorgesehen sein, dass der erste Tilgerkörper auf eine erste Anregungsfrequenz und der zweite Tilgerkörper auf eine zweite Anregungsfrequenz und ein gegebenenfalls vorhandener weiterer Tilgerkörper auf eine weitere Anregungsfrequenz abgestimmt ist. Dadurch können mehrere Motorordnungen bei einer Brennkraftmaschine getilgt werden. Beispielsweise ist bei einem Vierzylindermotor die erste Motorordnung dominierend, mit dem zweiten Tilgerkörper könnte auch eine Nebenordnung, zum Beispiel die zweite Motorordnung, getilgt werden. Die Tilgung von Schwingungen mit zwei oder mehr Frequenzen ist mit einem einzigen Tilgerkörper nicht oder nur mit einem sehr großen baulichen Aufwand möglich. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verwendung von zwei oder mehreren Tilgerkörpern, die jeweils auf eine bestimmte Anregungsfrequenz abgestimmt sind, ist dies jedoch problemlos möglich.

Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass der erste Tilgerkörper auf eine Frequenz abgestimmt ist, die geringfügig unterhalb einer festgelegten Anregungsfrequenz einer Schwingungsordnung liegt, wobei der zweite Tilgerkörper auf eine Frequenz abgestimmt ist, die geringfügig oberhalb der Anregungsfrequenz liegt. Damit erreicht man eine Vergrößerung der Bandbreite der Schwingungstilgung. Gleichzeitig wird der Zugmitteltrieb dadurch unempfindlicher gegenüber Verschleiß und Toleranzen.

Bei dem erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb sind die Tilgerkörper, die Tilgermassen und der radiale Abstand des Tilgermassen zur Drehachse jeweils derart festgelegt, dass der Schwingungstilger sich wie ein lediglich einen Tilgerkörper umfassender Schwingungstilger verhält. Dadurch wird die gleiche Wirkung wie mit einem einzigen herkömmlichen Tilgerkörper erreicht, wobei sich gleichzeitig die erwähnten Vorteile hinsichtlich des Einbauraums ergeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb wird es besonders bevorzugt, dass der Schwingungstilger in oder an einer Scheibe, einer Riemenscheibe, einer Rolle eines Aggregats, sowie in oder an einer Nockenwelle, einer Nockenwellenscheibe oder einen Nockenwellenversteller eingebaut oder angebracht ist. Grundsätzlich kann der Schwingungstilger an allen rotierenden Bauteilen einer Brennkraftmaschine ein- oder angebaut sein.

Daneben betrifft die Erfindung einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Zugmitteltrieb der beschriebenen Art, mit einem Umschlingungsmittel, wenigstens einem antreibenden rotierenden Bauteil und wenigstens einem angetriebenen rotierenden Bauteil und einem Schwingungstilger, mit wenigstens einem um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens einer, auf eine Anregungsfrequenz abgestimmten Tilgermasse, die bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebene verlagerbar ist, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert.

Bei dem erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb ist das Umschlingungsmittel als Elastriemen ausgebildet.

Elastriemen, die an sich bekannt sind, übernehmen sowohl die Funktion des Riemens als auch die Funktion einer Spanneinrichtung. Dadurch kann auf eine herkömmliche Spanneinrichtung verzichtet werden, wodurch sich beträchtliche Kostenvorteile ergeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb wird es besonders bevorzugt, dass das Produkt des Elastizitätsmoduls und der Querschnittsfläche des Elastriemens 10.000 N bis 150.000 N, insbesondere 20.000 N bis 120.000 N, beträgt.

Der erfindungsgemäße Zugmitteltrieb kann Bestandteil eines Antriebsstrangs, eines Aggregatetriebs oder eines Steuertriebs einer Brennkraftmaschine sein, wobei der Zugmitteltrieb vorzugsweise keine separate Spanneinrichtung aufweist und die Erzeugung der Spannung im Wesentlichen allein durch den Elastriemen erfolgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 einen herkömmlichen Zugmitteltrieb mit einem Schwingungstilger;

2 einen erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb mit zwei separaten Tilgerkörpern; und

3 einen erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb mit einem Elastriemen.

1 zeigt einen herkömmlichen Zugmitteltrieb mit einem Schwingungstilger.

Der Zugmitteltrieb 1 umfasst eine antreibende Rolle 2 sowie mehrere angetriebene Rollen. Eine angetriebene Rolle 3 ist mit dem Generator einer Brennkraftmaschine verbunden. Eine weitere Rolle 4 ist mit der Wasserpumpe verbunden. Eine Umlenkrolle 11 wird durch ein schematisch dargestelltes Spannelement 5 beaufschlagt, um in dem Zugmitteltrieb 1, dessen Komponenten über einen Riemen 6 miteinander verbunden sind, die erforderliche Spannung zu erzeugen. An der Rolle 3 ist ein Schwingungstilger 7 angebracht, der lediglich schematisch dargestellt ist und in seinem Inneren bewegliche Tilgermassen aufweist, deren Abstand zur Drehachse sich in Abhängigkeit der Umdrehungsgeschwindigkeit ändert. Die Tilgermassen sind auf eine bestimmte Drehzahl und damit auf eine bestimmte Schwingungsfrequenz abgestimmt. Bei einer unerwünschten Drehzahländerung verändert sich der radiale Abstand der Tilgermassen zur Drehachse, sodass die störende Schwingung getilgt wird. Wie in 1 gezeigt ist, benötigt der Schwingungstilger 7 allerdings einen großen Einbauraum.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Zugmitteltrieb mit zwei separaten Tilgerkörpern.

Der Zugmitteltrieb 8 umfasst in Übereinstimmung mit dem in 1 gezeigten Zugmitteltrieb eine antreibende Rolle 2 und weitere Rollen bzw. Scheiben, die über den Riemen 6 miteinander verbunden sind. An der mit dem Generator verbundenen Rolle 3 ist ein Schwingungstilger mit einem Tilgerkörper 9 angeordnet, ein weiterer Tilgerkörper 10 ist mit der Rolle 4 verbunden, die mit der Wasserpumpe der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, sind die Tilgerkörper 9, 10 kleiner als der einzelne Tilgerkörper des Schwingungstilgers 7, sodass diese auch bei beengten Platzverhältnissen im Motorraum eines Kraftfahrzeugs einfacher integriert werden können. Die beiden Tilgerkörper 9, 10 besitzen nicht näher dargestellte Tilgermassen, die unerwünschte Schwingungen tilgen. Dabei sind die Tilgerkörper, die Tilgermassen sowie die Abstände der Tilgermassen zur Drehachse so gewählt, dass die beiden Tilgerkörper 9, 10 dieselbe Wirkung wie der einzelne Schwingungstilger 7 erzielen.

Bei alternativen Ausgestaltungen können die Tilgerkörper 9, 10 auch so ausgebildet sein, dass ein Tilgerkörper auf eine Frequenz abgestimmt ist, die etwas niedriger als die Anregungsfrequenz ist, der andere Tilgerkörper kann auf eine etwas höhere Frequenz abgestimmt sein. In diesem Fall ist die Bandbreite der getilgten Schwingungen größer, die Tilgerwirkung ist dann auch bei größeren Bautoleranzen sowie beim Vorliegen von Verschleiß sichergestellt.

Es sind auch andere Abwandlungen möglich, bei denen die Tilgerkörper 9, 10 jeweils auf eine separate Anregungsfrequenz abgestimmt sind. Der erste Tilgerkörper kann auf die erste Motorordnung der Brennkraftmaschine abgestimmt sein, der zweite Tilgerkörper kann auf die zweite Motorordnung abgestimmt sein.

3 zeigt einen Zugmitteltrieb mit einem Elastriemen.

Der Zugmitteltrieb 12 umfasst eine antreibende Rolle 13, die mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden ist, mehrere angetriebene Rollen, wobei eine Rolle 14 mit einer Klimaanlage, eine Rolle 15 mit einem Generator, eine Rolle 16 mit einer Wasserpumpe verbunden und eine Rolle 17 als Umlenkrolle ausgebildet ist. Die einzelnen Komponenten des Zugmitteltriebs 12 sind über einen Elastriemen 18 miteinander verbunden. Wesentlich ist dabei, dass der Zugmitteltrieb 12 kein separates Spannelement wie einen Federspanner oder einen hydraulischen Spanner benötigt. Die erforderliche Riemenkraft und Riemenspannung wird allein durch den Elastriemen 18 erzeugt. Das Produkt aus der Querschnittsfläche des Elastriemens und seinem Elastizitätsmodul beträgt typischerweise 20.000 N bis 120.000 N. Die Umlenkrolle 17 und die mit dem Generator verbundene Rolle 15 weisen jeweils einen Tilgerkörper 19, 20 auf. Der Aufbau und die Wirkung der Tilgerkörper 19, 20 entspricht den in 2 dargestellten Tilgerkörpern 9, 10.

1
Zugmitteltrieb
2
Rolle
3
Rolle
4
Rolle
5
Spannelement
6
Riemen
7
Schwingungstilger
8
Zugmitteltrieb
9
Tilgerkörper
10
Tilgerkörper
11
Umlenkrolle
12
Zugmitteltrieb
13
Rolle
14
Rolle
15
Rolle
16
Rolle
17
Rolle
18
Elastriemen
19
Tilgerkörper
20
Tilgerkörper


Anspruch[de]
Zugmitteltrieb, mit einem Umschlingungsmittel, wenigstens einem antreibenden rotierenden Bauteil und wenigstens einem angetriebenen rotierenden Bauteil und einem Schwingungstilger, mit wenigstens einem um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens einer, auf eine Anregungsfrequenz abgestimmten Tilgermasse, die bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebene verlagerbar ist, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger wenigstens zwei Tilgerkörper (9, 10, 19, 20) mit Tilgermassen umfasst, wobei die Tilgerkörper (9, 10, 19, 20) verschiedenen rotierenden Bauteilen zugeordnet sind. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tilgerkörper (9, 10, 19, 20) fest mit dem zugeordneten rotierenden Bauteil verbunden oder einstückig damit ausgebildet ist. Zugmitteltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tilgerkörper (9, 19) auf eine erste Anregungsfrequenz und der zweite Tilgerkörper (10, 20) auf eine zweite Anregungsfrequenz und ein gegebenenfalls vorhandener weiterer Tilgerkörper auf eine weitere Anregungsfrequenz abgestimmt ist. Zugmitteltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tilgerkörper (9, 19) auf eine Frequenz abgestimmt ist, die geringfügig unterhalb einer festgelegten Anregungsfrequenz einer Schwingungsordnung liegt, wobei der zweite Tilgerkörper (10, 20) auf eine Frequenz abgestimmt ist, die geringfügig oberhalb der Anregungsfrequenz liegt. Zugmitteltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgerkörper (9, 10, 19, 20), die Tilgermassen und der radiale Abstand der Tilgermassen zur Drehachse jeweils derart festgelegt sind, dass der Schwingungstilger sich wie ein lediglich einen Tilgerkörper umfassender Schwingungstilger verhält. Zugmitteltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger in oder an einer Scheibe, einer Riemenscheibe, einer Rolle (2, 3, 11, 13-17) eines Aggregats, einer Nockenwelle, einer Nockenwellenscheibe, einem Nockenwellenversteller eingebaut oder angebracht ist. Zugmitteltrieb, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Umschlingungsmittel, wenigstens einem antreibenden rotierenden Bauteil und wenigstens einem angetriebenen rotierenden Bauteil und einem Schwingungstilger, mit wenigstens einem um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens einer, auf eine Anregungsfrequenz abgestimmten Tilgermasse, die bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebene verlagerbar ist, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschlingungsmittel als Elastriemen (18) ausgebildet ist. Zugmitteltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt des Elastizitätsmoduls und der Querschnittsfläche des Elastriemens (18) 10.000 N bis 150.000 N, insbesondere 20.000 N bis 120.000 N, beträgt. Zugmitteltrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er keine separate Spanneinrichtung aufweist und die Erzeugung der Spannung im Wesentlichen allein durch den Elastriemen (18) erfolgt. Zugmitteltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er Bestandteil eines Antriebsstrangs, eines Aggregatetriebs oder eines Steuertriebs einer Brennkraftmaschine ist.






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