DE19748665A1

DE19748665A1 - Vorrichtung zur Schwingungsisolierung und Verfahren zu deren Betreiben

Info

Publication number: DE19748665A1
Application number: DE19748665A
Authority: DE
Inventors: Thomas Pels
Original assignee: ISAD Electronic Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Continental ISAD Electronic Systems GmbH and Co OHG
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 1999-05-06
Also published as: EP1027546A1; JP2001522023A; WO1999023396A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungs isolierung, z. B. im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.

Aufgrund der diskontinuierlichen Arbeitsweise treten bei Verbrennungskolbenmotoren eine Vielzahl unterschiedlicher Schwingungserscheinungen auf. Besonders bemerkbar machen sich die durch Drehmomentschwankungen des Verbrennungsmo tors verursachten Drehschwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Diese pflanzen sich über die übrigen Fahr zeugkomponenten fort und führen zu einem für die Fahrzeu ginsassen störenden Geräusch- und Vibrationspegel. Zur Vermeidung oder Verringerung der Schwingungsfortpflanzung im Antriebsstrang werden daher Schwingungsisolierein richtungen eingesetzt, welche die mit dem Verbrennungs motor verbundene Antriebsseite und die z. B. zum Getriebe führende Abtriebseite drehelastisch koppeln. Eine solche Schwingungsisoliereinrichtung führt zu einer wirksamen "Isolierung" der Abtriebseite gegenüber Erregermomenten der Antriebsseite (und umgekehrt) , wenn die Resonanz frequenz der Schwingungsisoliereinrichtung kleiner als die Erregerfrequenz, insbesondere kleiner als das 0,7-fache der Erregerfrequenz, ist. Da man eine niedrige Resonanz frequenz u. a. durch geringe Federsteifigkeit erzielt, nennt man diesen Betriebsbereich auch den Bereich "weicher Ab stimmung".

Nach dem Stand der Technik kann eine derartige Schwin gungsisoliereinrichtung konstruktiv im herkömmlichen Schwungrad eines Kraftfahrzeugs eingebunden sein. Wenn da bei zwei Schwungmassen über ein oder mehrere elastische Koppelelemente miteinander verbunden sind, spricht man von einem Zwei-Massen-Schwungrad (ZMS).

Ein Beispiel für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art offenbart die deutsche Patentanmeldung 196 31 384.8 der Anmelderin. Dort ist die Schwingungsisoliereinrich tung, z. B. in Form eines solchen Zwei-Massen-Schwungrades, im Rotor einer elektrischen Anlassermaschine integriert, wobei der Rotor direkt auf der Kurbelwelle des Verbren nungsmotors sitzt. Diese Anordnung dient der Abschirmung der Abtriebseite gegenüber Drehmomentschwankungen auf der Antriebsseite (und umgekehrt). Diese Anordnung erfüllt da bei die ihr zugewiesenen Aufgaben zufriedenstellend. Bei der Abstimmung der Schwingungsisoliereinrichtung ist sie jedoch mit gegensätzlichen Anforderungen konfrontiert. Ei nerseits wählt man zur Erzielung einer möglichst tiefen Eigenfrequenz - d. h. eine möglichst wirksame Dämpfung - eine möglichst weiche Abstimmung der Schwingungsiso liereinrichtung (d. h. eine geringe Federsteifigkeit). Da bei besteht aber die Gefahr, daß bei großen Erreger amplituden, z. B. bei einem Lastwechsel, die elastischen Koppelelemente der Schwingungsisoliereinrichtung bis zum ihrem Anschlag gegeneinander verdreht werden, so daß dann keine Schwingungsisoliereigenschaft mehr vorhanden ist. Um auch bei solchen großen Erregeramplituden noch im Bereich wirksamer Isolierung zu bleiben, d. h. nicht in einen An schlag der Schwingungsisolierung zu kommen, wäre anderer seits eine harte Abstimmung (hohe Federsteifigkeit) wün schenswert. Die bekannte Anordnung kann diesen gegenläufi gen Anforderungen nicht gerecht werden. Der erforderliche Kompromiß bedeutet in der Regel, daß die Eigenfrequenz der Anordnung relativ hoch gewählt wird und bei extrem ho hen Erregeramplituden dennoch eine Torsion der Schwin gungsisoliereinrichtung bis zum Anschlag nicht aus geschlossen ist.

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Schwin gungsisolierung bereitzustellen, die sich in dieser Hin sicht vorteilhafter verhält und so einen breiteren Be triebsbereich hat. Dazu gehört die Angabe eines entspre chenden Verfahrens.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 10. Vorteile der Ausführungen der Er findung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen be schrieben.

Danach wird eine Vorrichtung zur Schwingungsisolierung, z. B. für ein Kraftfahrzeug, zur Verfügung gestellt, welche aufweist: mindestens einen mit einem Primärantrieb, z. B. einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, gekoppelten Antriebsstrang mit einer Eingangswelle und einer Ausgangs welle; eine die Eingangswelle und die Ausgangswelle dreh elastisch koppelnden Schwingungsisoliereinrichtung; eine elektrische Maschine, deren Rotor mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle drehfest verbindbar oder verbunden ist und deren Stator gegen Drehung festlegbar oder festge legt ist; und eine Steuerungseinrichtung, welche die elek trische Maschine so steuert, daß sie solche zeitlich ver änderliche Drehmomente auf die Eingangswelle bzw. die Aus gangswelle aufbringt, daß die von der jeweils anderen Wel le (Ausgangswelle bzw. Eingangswelle) induzierte Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung verkleinert oder ver größert wird.

Mit Hilfe dieses Anordnung ist es möglich, die effektive Federsteifigkeit der Schwingungsisoliereinrichtung zu be einflussen. Die Anordnung hat den Vorteil, daß sie hin sichtlich der Isolier- bzw. Dämpfungseigenschaften der Schwingungsisoliereinrichtung unterschiedlichen Schwin gungssituationen anpaßbar ist. Zwar besitzen die elasti schen Koppelelemente der Schwingungsisoliereinrichtung ei ne feste - material-, geometrie- und dimensionsabhängige - Federkennlinie (sog. spezifische Federkennlinie) . Ohne Steuerung der elektrischen Maschine in erfindungsgemäßer Weise würde die vorgenannte Schwingungsisoliereinrichtung auf ein Erregerdrehmoment der Eingans- oder Ausgangswelle mit einer von der spezifischen Federkennlinie der elasti schen Koppelelemente abhängigen elastischen Deformation dieser Koppelelemente und damit einer entsprechenden Tor sion der Schwingungsisolierungeinrichtung reagieren. Bei periodisch veränderlichen Erregermomenten sind dies ent sprechend periodisch veränderliche Torsionen der Schwin gungsisoliereinrichtung. Die elektrische Maschine stützt sich mit ihrem Stator vorzugsweise gegen einen festen Be zugspunkt ab, z. B. ein Motor- oder ein Getriebegehäuse. Durch Betätigen der elektrischen Maschine in der Weise, daß diese zusätzlich in Phase mit dem Erregermoment ein Drehmoment auf der der Erregerseite gegenüberliegenden Seite der Schwingungsisoliereinrichtung aufbringt, wird dem Erregermoment ein positives oder negatives Drehmoment überlagert, so daß die Torsion der Schwingungsisolierein richtung - je nach Vorzeichen des Zusatzdrehmoments - ver größert oder verkleinert wird. Im Ergebnis ähnelt dies ei ner weicher oder härter ausgelegten Schwingungsisolierein richtung. Mithin erscheint die effektive Federkennlinie der Schwingungsisoliereinrichtung als "variabel".

Die Zusatzdrehmomente, die durch die elektrische Maschine auf der der Erregerseite gegenüberliegenden Seite der Schwingungsisoliereinrichtung aufgebracht werden, sind grundsätzlich nach Betrag und/oder Richtung (im verfügba ren Leistungsbereich der elektrischen Maschine) beliebig veränderbar. Beispielsweise kann die elektrische Maschine so gesteuert werden, daß die von ihr aufgebrachten zeit lich veränderlichen Drehmomente proportional den Erreger momenten auf der Erregerseite der Schwingungsisolierein richtung, d. h. den von der elastischen Schwingungsiso liereinrichtung aufgebrachten Drehmomenten, sind. Die Zu satzdrehmomente unterscheiden sich dann nur durch einen konstanten Faktor und ggf. durch das Vorzeichen. Als Folge bleibt die Form der effektiven Federkennlinie unverändert, nur die Steigung der Kennlinie wird steiler oder flacher.

Der hier verwendete Begriff "Steuern" ist im Sinne der Er findung weit gefaßt zu verstehen und umfaßt insbesondere Steuer- und Regelvorgänge.

Vorzugsweise unterscheiden sich aber die zusätzlich aufge brachten Drehmomente von den Erregermomenten um einen nicht-konstanten Faktor, z. B. eine mit steigender Torsion zunehmende Zahl, so wird die effektive Federkennlinie (Federsteifigkeit) der Schwingungsisoliereinrichtung zu sätzlich in ihrer Form verändert, z. B. flacher (weicher) gemacht, insbesondere linearisiert, oder im Gegenteil, bei großen Erregermomenten steiler (härter) gemacht.

Bei einer besonders bevorzugten Variante haben die von der elektrischen Maschine aufgebrachten Zusatzdrehmomente gleiches Vorzeichen wie die Erregermomente und nehmen mit steigender Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung der art zu, daß die Torsion einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Ein solcher Grenzwert berücksichtigt bei spielsweise den Zustand der elastischen Koppelelemente der Schwingungsisoliereinrichtung, etwa das Erreichen einer zulässigen Belastung bzw. Beanspruchung, insbesondere ein Anschlagen der Koppelelemente. Zu berücksichtigen bei der Steuerung sind hierbei die Eigenschaften der elastischen Koppelelemente, z. B. Federkonstante, Federlänge, maximale Elongation, maximale Kompression, etc. Bevorzugt wird hierfür für eine bestimmte Schwingungsisoliereinrichtung ein maximal zulässiger Wert (Grenzwert) für die Torsion bestimmt, bei dem die Schwingungsisoliereinrichtung gerade noch als solche funktionsfähig ist, sowie ein Initiie rungswert für die Torsion (oder einer hierfür charakteri stischen Größen), der betragsmäßig kleiner als der vorge nannte Grenzwert ist. Beim Überschreiten des Initiierungs wertes wird ein Stellsignal zum Aufbringen eines solchen zeitlich veränderlichen Drehmoments erzeugt, daß sich die Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung asymptotisch dem vorgegebenen Grenzwert annähert. Die effektive Federkenn linie weist dann einen vergleichsweise "glatten" Verlauf auf.

Eine bevorzugte Anordnung zur Schwingungsisolierung in ei nem Kraftfahrzeug sieht vor, daß die elektrische Maschine im Antriebsstrang zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe vor der Schwingungsisoliereinrichtung angeordnet ist, z. B. der Rotor der elektrischen Maschine antriebsseitig mit der Kurbelwelle drehfest verbunden ist und die Schwingungs isoliereinrichtung zwischen der elektrischen Maschine und einer zum Getriebe führenden Welle liegt. Wählt man in diesem Falle eine weiche Abstimmung, d. h. eine relativ ge ringe Federsteifigkeit (flache Kennlinie) des oder der elastischen Koppelelemente, so führt ein großamplitudiges Erregermoment auf der Abtriebsseite, wie es z. B. bei einem Lastwechsel auftritt, zu dem Anschlagen der Schwin gungsisoliereinrichtung. Wird nun mit der elektrischen Ma schine auch auf der Antriebsseite ein Zusatzdrehmoment in Phase mit und mit selben Vorzeichen wie das Erregermoment auf der Abtriebseite aufgebracht, so wird das von der Schwingungsisoliereinrichtung zu übertragende Gesamt- und Relativmoment verringert. Als Folge davon wird die Torsion der Schwingungsisolierung ebenfalls verringert, insbeson dere um einen solchen Betrag, daß ein Anschlagen verhin dert wird. Im Ergebnis bleibt die Isoliereigenschaft der Schwingungsisoliereinrichtung auch bei weicher Abstimmung selbst für hohe Erregermomente erhalten.

Die von der elektrischen Maschine aufgebrachten zusätzli chen Drehmomente hängen demnach von der an der Schwin gungsisoliereinrichtung anliegenden Belastung ab. Als Steuergröße zur Charakterisierung der anliegenden Bela stung verwendet man vorzugsweise die Torsion der Schwin gungsisoliereinrichtung oder eine diese Torsion charakte risierende Größe, z. B. das Drehmoment der Eingangswelle und/oder der Ausgangswelle oder die Differenz dieser bei den Drehmomente. Zum Erfassen dieser Steuergrößen umfaßt die Steuerungseinrichtung vorzugsweise einen der Schwin gungsisoliereinrichtung zugeordneten Drehwinkelgeber zum Messen der Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung oder einen der Eingangswelle und/oder der Ausgangswelle zuge ordneten Drehmomentsensor. Mit Hilfe einer geeigneten Ver arbeitungseinrichtung werden dann aus den gemessenen Steu ergrößen die zur Steuerung der elektrischen Maschine not wendigen Stellgrößen abgeleitet.

Die bei der Erfindung verwendete Schwingungsisolier einrichtung kann grundsätzlich beliebiger dem Fachmann be kannter Art sein. Bei einer bevorzugten Variante umfaßt die Schwingungsisoliereinrichtung mindestens zwei Grund elemente, von denen das eine Grundelement antriebseitig und das andere Grundelement abtriebseitig angeordnet ist, und die beiden Grundelemente über ein oder mehrere elasti sche Koppelelemente, insbesondere Schrauben-, Spiral- oder Gummifedern, drehelastisch gekoppelt sind.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die dynamische Schwin gungsisolierung vor allem wirksam im Bereich weicher Ab stimmung, d. h. bei niedriger Resonanzfrequenz des Schwin gungssystems. Eine solche Abstimmung wird vorzugsweise da durch erreicht, daß an einem oder jedem der Grundelemente Schwungmassen vorgesehen sind. Im Fall zweier Schwung massen entspricht diese Schwingungsisoliereinrichtung dann dem einleitend erwähnten Zwei-Massen-Schwungrad. Die Schwungmassen können auch drehelastisch, z. B. über Elasto merschichten, mit dem jeweiligen Grundelement gekoppelt sein.

Bei einer besonders kompakten und daher bevorzugten Bau weise der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Schwin gungsisoliereinrichtung im Rotor der elektrischen Maschine integriert angeordnet. Hierfür ist der Rotor der elektri schen Maschine beispielsweise hohlzylinderförmig ausgebil det. Der Hohlraum im Rotor dient dann der Aufnahme der Schwingungsisolierung.

Die elektrische Maschine der erfindungsgemäßen Anordnung zur Schwingungsisolierung kann - neben den zuvor beschrie benen Funktionen - auch sonstige Funktionen übernehmen, z. B. die eines/r

- Starters zum Starten, insbesondere Direktstarten, ei nes Verbrennungsmotors;
- Generators zur Versorgung elektrischer Verbraucher und/oder mindestens einer Fahrzeugbatterie;
- generatorischen Fahrzeugbremse;
- Antriebs eines Fahrzeugs, insbesondere als Antrieb zur Unterstützung neben dem Verbrennungsmotor; und/oder
- Dämpfers für Drehmomentschwankungen derjenigen Welle, mit welcher der Rotor der elektrischen Maschine ver bunden ist. Dabei findet der Drehmomenteingriff der elektrischen Maschine auf der Seite der Schwingungs isoliereinrichtung statt, auf der die Drehmoment schwankung auftritt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus führungsbeispiele. In der Beschreibung wird auf die beige fügte schematische Zeichnung bezug genommen. In der Zeich nung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bei spielhaften erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schwingungsisolierung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs;

Fig. 2 ein schematisches Drehmoment-Zeit-Diagramm eines abtriebsseitigen Erregermoments der Anordnung gemäß Fig. 1 mit und ohne Einwir kung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 3 und 4 jeweils ein schematisches Drehmoment- Drehwinkel-Diagramm, das verdeutlicht, wie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die effektive Kennlinie der Schwingungsiso liereinrichtung beeinflußt werden kann.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für eine erfindungs gemäße Vorrichtung zur Schwingungsisolierung, wie sie in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen kann.

Der Drehmomentübertragungsweg des dargestellten Antriebs stranges läuft über eine - von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor angetriebene - Kurbelwelle 2 zu einer elektrischen Maschine 4, von dort durch eine Schwingungs isoliereinrichtung 6 hindurch weiter zu einer Kupplung 8 und über deren Kupplungsscheibe 9 auf eine Ge triebeeingangswelle 10, welche ggf. über weitere Elemente zu einem (hier nicht dargestellten) Getriebe des Kraft fahrzeuges führt.

Die elektrische Maschine 4 weist einen sich z. B. am Motor gehäuse oder an der Fahrzeugkarosserie drehfest abstützen den Stator 12 sowie einen drehbeweglichen mit der Kurbel welle 2 an einer Nabe 13 verschraubten Rotor 14 auf. Der Rotor 14 hat in etwa die Form eines Hohlzylinders mit U-förmigem Querschnitt. Der elektrisch bzw. magnetisch wirk same Teil des Rotors 14 sitzt außen an der dem Stator 12 zugewandten Seite des Hohlzylinders. Wählt man als elek trische Maschine 4 eine Drehstromasynchron-Maschine (obgleich auch eine Maschine vom Gleichstrom-, Wech selstrom-, Drehstromsynchron- oder Lineartyp möglich wäre) so bildet der äußere Teil 16 des Rotors 14 einen Kurz schluß-Käfigläufer mit in Axialrichtung verlaufenden Kä figstäben.

Im Hohlraum des U-förmigen Rotors 14 ist die Schwingungsi soliereinrichtung 6 untergebracht. Diese umfaßt ein - in Fig. 1 schematisch als Feder dargestelltes - elastisches Koppelelement 18 (bestehend aus mehreren Spiral- oder Gum mifedern), das antriebseitig mit dem Rotor 14 und ab triebseitig mit einem Kupplungseingangsteil 20 der Kupp lung 8 verbunden ist. Der Rotor 14 und das Kupplungsein gangsteil 20 - mithin Primär- und Sekundärseite der Schwingungsisoliereinrichtung 6 - sind demnach über das elastische Koppelelement 18 drehelastisch miteinander ge koppelt. Auf diese Weise ist die Antriebsseite des An triebsstranges vor Drehmomentschwankungen der Abtriebssei te (und umgekehrt) abgeschirmt, und zwar umso wirksamer je weicher die Abstimmung gewählt wird, wie bereits einlei tend diskutiert.

Das Eingangsteil 20 der Kupplung 8 (gleichzeitig Sekundär seite der Schwingungsisoliereinrichtung 6) ist um dieselbe Achse wie der Rotor 14 frei drehbar gelagert, und zwar z. B. in einem auf dem inneren Schenkel des U-förmigen Ro tors 14 sitzenden Kugellager 21, so wie es in Fig. 1 sche matisch angedeutet ist. Die Antriebsstrangwellen 2 und 10 vor und hinter der elektrischen Maschine 4 sind in Lagern geführt.

Ferner ist eine Steuerungseinrichtung 24 zur Steuerung der elektrischen Maschine 4 vorgesehen. Diese Steuerungsein richtung 24 umfaßt auch einen Pulswechselrichter 26 zur Erzeugung von Drehfeldern mit Strom frei einstellbarer Frequenz, Phase und/oder Amplitude, mit welchem der Stator 12 der elektrischen Maschine 4 zur Erzeugung eines Dreh feldes gespeist wird, um ein Drehmoment auf den Rotor 14 - und damit auf die Kurbelwelle 2 - auszuüben. Zur Überwa chung der aktuellen Torsion, d. h. der In-sich-Verdrehung der Schwingungsisoliereinrichtung 6, ist ein Drehwinkelge ber 30 z. B. in Nähe des Kupplungseingangsteils 20 angeord net, um fortlaufend dessen momentanen Drehwinkel zu mes sen. Durch Vergleich mit dem aktuellen Drehwinkel des Ro tors 14 der elektrischen Maschine 4 (der durch einen gleichartigen Drehwinkelgeber gemessen oder aus den in den Stator 12 rückinduzierten Strömen ermittelt wird) läßt sich der Relativdrehwinkel ϕ zwischen Primär- und Sekun därseite der Schwingungsisolierung 6 ermitteln. Denkbar ist aber ein in der Schwingungsisoliereinrichtung 6 inte grierter Drehwinkelgeber mit einem Sendeteil z. B. auf dem Kupplungseingangsteils 20 und einem gegenüberliegenden Empfangsteil auf der Rotorinnenseite.

Erfindungsgemäß wird die elektrische Maschine 4 gesteuert, um das Isolierverhalten der Schwingungsisoliereinrichtung 6 gezielt zu beeinflussen. Dabei überträgt die elektrische Maschine 4 in Phase mit etwaigen Erregermomenten der Ab triebsseite zusätzlich solche Drehmomente mit gleichem oder entgegengesetztem Vorzeichen auf die antriebsseitige Kurbelwelle 2, daß die von den Erregermomenten der Ab triebsseite induzierte Torsion der Schwingungsisolier einrichtung 6 je nach Vorzeichen der Zusatzdrehmomente verkleinert oder vergrößert wird. Betrachtet man dann das Verhältnis zwischen Erregermomenten und der resultierenden Torsion, so weist die Schwingungsisoliereinrichtung 6 eine- gegenüber der spezifischen Kennlinie des elastischen Koppelelements 18 - veränderte Federsteifigkeit auf. Diese kann unter Beeinflussung der von der elektrischen Maschine 4 aufgebrachten Zusatzdrehmomente gezielt abgestimmt wer den, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen.

Fig. 2 zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf ei nes Stör- bzw. Erregermoments 30, wie es an der Ab triebsseite der Anordnung gemäß Fig. 1, d. h. an der Ge triebeeingangswelle 10 bzw. an dem Kupplungseingangsteil 20 (bei geöffneter Kupplung 8) auftritt, etwa bei einem Lastwechsel des Verbrennungsmotors oder bei einem abrupten Drehmomentschub durch die Antriebsräder. Dabei ist das Er regermoment 30 einem im wesentlichen gleichförmigen Ab triebsmoment 32 überlagert. Das abtriebsseitige Erregermo ment 30 wird zwar von der Schwingungsisoliereinrichtung 6 "aufgefangen". Erreicht die Amplitude des Erregermoments 30 jedoch einen - von den Federkonstanten des elastischen Koppelelements 18 abhängigen - Maximalwert M_max, so wird das elastische Koppelelement 18 der Schwingungsisoliereinrich tung 6 bis zu seinem Anschlag deformiert, so daß dann kei ne Isoliereigenschaft mehr vorhanden ist.

Um ein solches Anschlagen zu vermeiden, wird die elektri sche Maschine 4 erfindungsgemäß so gesteuert, daß sie auf die Kurbelwelle 2 zusätzlich in Phase mit dem Erregermo ment 30 ein zeitlich veränderliches Drehmoment aufbringt, welches proportional dem abtriebsseitigen Erregermoment 30 ist, sich z. B. um einen Faktor k = 0,5 unterscheidet, und gleiches Vorzeichen hat. Als Folge davon wird das zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite der Schwingungsisolier einrichtung 6 übertragenen Relativmoment verkleinert, so daß die Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung 6 eben falls verkleinert wird. Dadurch wird das resultierende an der Schwingungsisoliereinrichtung 6 anliegende Drehmoment unter den Maximalwert M_max gedrückt und hat z. B. den in Fig. 2 eingezeichneten Verlauf 36. Im Ergebnis ähnelt dies einer härter ausgelegten Schwingungsisoliereinrichtung 6.

Die Steuerungseinrichtung 24 in Fig. 1 ermittelt hierbei wie vorstehend beschrieben den momentanen Dreh- bzw. Rela tivwinkel ϕ zwischen primär- und Sekundärseite der Schwin gungsisoliereinrichtung 6, berechnet hieraus den Drehmo mentverlauf des angestrebten Anteils 32 sowie des Erreger anteils 30 und ermittelt unter Zuhilfenahme von in einem Speicher abgelegten Daten von M_max, ob ein Anschlagen droht. Sofern dies der Fall ist, wird von dem Pulswechselrichter 26 ein Stellsignal zur Steuerung der elektrischen Maschine 4 erzeugt, welche ein Zusatzmoment zur Verkleinerung der Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung 6 auf die Kur belwelle 2 aufbringt.

Weitere Steuerungsmöglichkeiten der Anordnung in Fig. 1 sollen anhand des Kennlinienverlaufes (Drehmoment über Drehwinkel) gemäß der nachfolgenden Fig. 3 und 4 veran schaulicht werden. Die durchgezogene Linie A entspricht der spezifischen Federkennlinie des elastischen Koppelele ments 18, die von Material, Geometrie, Größe, etc. ab hängt. Bei einer vorteilhaften weichen Abstimmung ist das elastische Koppelelement entsprechend weich gewählt, d. h. flache Kennlinie. Wird nun die elektrische Maschine so ge steuert, daß einem Erregermoment auf einer Seite der Schwingungsisoliereinrichtung ein positives oder negatives Zusatzmoment auf der gegenüberliegenden Seite in Phase überlagert wird, so wird die Torsion der Schwingungsiso liereinrichtung, mithin der Drehwinkel ϕ zwischen Primär- und Sekundärseite, je nach Vorzeichen des Zusatzdrehmo ments vergrößert oder verkleinert. Ist das aufgebrachte Zusatzdrehmoment proportional dem an der Schwingungs isoliereinrichtung 6 anliegenden Erregermoment (so wie oben in Fig. 2 diskutiert), so bleibt die Form der Feder kennlinie A erhalten, lediglich die Steigung der Kennlinie wird steiler oder flacher, wie in Fig. 3 mit gestrichel ter Linie B (gleiches Vorzeichen wie das Erregermoment) bzw. Linie C (entgegengesetztes Vorzeichen zum Erregermo ment) dargestellt. Unterscheidet sich das aufgebrachte Zu satzdrehmoment von dem Erregermoment um einen nicht konstanten Faktor, so wird die Federlinie A auch in ihrer Form verändert, wie anhand von Fig. 4 veranschaulicht wird. Die Kennlinie A entspricht dort wiederum der spezi fischen Federkennlinie des elastischen Koppelelements 18. Um zu vermeiden, daß die Schwingungsisoliereinrichtung 6 bei großen Erregeramplituden in den Anschlag kommt, wird mit der elektrischen Maschine 4 ein mit steigender Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung 6, d. h. mit steigendem Drehwinkel ϕ überproportional zunehmendes Drehmoment mit gleichem Vorzeichen wie das Erregermoment aufgebracht. Die effektive Federkennlinie hat dann den in Fig. 4 gezeigten Verlauf D und nähert sich nur noch asymptotisch dem Grenz wert ϕ. Neben dem Grenzwert ϕ_max für den maximal zulässi gen Drehwinkel (Anschlagwinkel) ist in der Steuerungsein richtung 24 auch ein Initiierungswert ϕ_i abgelegt, der be tragsmäßig kleiner als der Grenzwert ist und bei welchem bereits ein Stellsignal für die elektrische Maschine 4 er zeugt wird. Im Ergebnis ist die Schwingungsisoliereinrich tung 6 bei großem Drehwinkel ϕ hiermit härter abgestimmt.

Die elektrische Maschine 4 kann aber auch so gesteuert werden, daß sie den Kennlinienverlauf linear macht. Hier für bringt sie nach Erreichen eines vorgegebenen Initiie rungswertes in Phase mit einem Erregermoment solche zeit lich veränderliche Zusatzmomente mit entgegengesetztem Vorzeichen auf, daß sich die in Fig. 4 eingezeichnete ef fektive Federkennlinie E ergibt. Dann weist die Schwin gungsisoliereinrichtung 6 für große Erregeramplituden eine geringere Federsteifigkeit auf im Vergleich zur spezifi schen Federkennlinie A des elastischen Koppelelements 18. Im Ergebnis ist die Schwingungsisoliereinrichtung 6 dann weicher abgestimmt.

Claims

1. Vorrichtung zur Schwingungsisolierung mit:

- mindestens einem mit einem Primärantrieb gekop pelten Antriebsstrang mit einer Eingangswelle (2) und einer Ausgangswelle (10);
- einer die Eingangswelle (2) und die Ausgangs welle (10) drehelastisch koppelnden Schwin gungsisoliereinrichtung (6);
- einer elektrischen Maschine (4) , deren Rotor (14) mit der Eingangswelle (2) oder der Aus gangswelle (10) drehfest verbindbar und deren Stator (12) gegen Drehung festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- eine Steuerungseinrichtung (24) die elektrische Maschine (4) so steuert, daß sie solche zeitlich veränderliche Drehmomente auf die Eingangswelle (2) bzw. die Ausgangswelle (10) aufbringt, daß die von der jeweils anderen Welle (10 bzw. 2) induzierte Torsion der Schwingungsisolierein richtung (6) verkleinert oder vergrößert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (4) im Antriebsstrang ei nes Kraftfahrzeuges zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe vor der Schwingungsisoliereinrichtung (6) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (24) als Steuergröße die Torsion der Schwingungsisolierein richtung (6) selbst verwendet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (24) als Steuergröße eine die Torsion charakterisierende Grö ße, nämlich das Drehmoment der Eingangswelle (2) und/oder der Ausgangswelle (10) oder die Differenz dieser beiden Drehmomente verwendet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerungseinrichtung aufweist:

- mindestens einen Drehwinkelgeber (30) zum Messen der Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung (6) oder einen Drehmomentsensor zum Messen des Drehmoments der Eingangswelle und/oder der Aus gangswelle oder der Differenz dieser beiden Drehmomente; und
- eine Verarbeitungseinrichtung (26) zum Erzeugen von Stellgrößen für die elektrische Maschine (4), die auf die Bewegung der Eingangswelle (2) bzw. der Ausgangswelle (10) einwirkt.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsisolier einrichtung (6) mindestens zwei Grundelemente (14, 20) aufweist, von denen das eine Grundelement (14) antriebseitig und das andere Grundelement (20) ab triebseitig angeordnet und die beiden Grundelemente (14, 20) über ein oder mehrere elastische Koppel elemente (18), insbesondere Schrauben-, Spiral- oder Gummifedern, drehelastisch gekoppelt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Schwungmassen an einem oder je dem der Grundelemente (14, 20) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsisolier einrichtung (6) im Rotor (14) der elektrischen Ma schine (4) integriert ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (24) die elektrische Maschine (4) so steuert, daß sie als Starter eines Verbrennungsmotors, als Generator, als generatorische Fahrzeugbremse, als Antrieb eines Fahrzeugs oder als aktiver Dämpfer für Drehmoment schwankungen derjenigen Welle (2 bzw. 10), mit wel cher der Rotor (14) verbunden ist, dient.

10. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Schwin gungsisolierung nach einem der vorstehenden Ansprü che, bei welchem die elektrische Maschine (4) auf die Eingangswelle (2) bzw. die Ausgangswelle (10) solche zeitlich veränderliche Drehmomente aufbringt, daß die Schwingungsisoliereinrichtung (6) für von der jeweils anderen Welle (10 bzw. 2) induzierten Drehmomente ei ne vergrößerte oder verkleinerte effektive Federstei figkeit aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei als Steuergröße zur Charakterisierung der an der Schwingungsisolierein richtung (6) anliegenden Belastung die Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung (6) und/oder das Drehmoment der Eingangswelle (2) oder der Ausgangs welle (10) oder die Differenz dieser beiden Dreh momente gemessen wird und daraus Stellgrößen zur Steuerung der elektrischen Maschine (4) abgeleitet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die von der elektrischen Maschine (4) auf die Eingangswelle (2) oder die Ausgangswelle (10) aufgebrachten Drehmomente proportional zu den Erregermomenten der jeweils ande ren Welle (10 bzw. 2) sind und gleiches oder entge gengesetztes Vorzeichen haben.

13. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die von der elektrischen Maschine (4) auf die Eingangswelle (2) oder die Ausgangswelle (10) aufgebrachten Drehmomente sich um einen von der momentanen Torsion abhängigen Faktor von den Erregermomenten der jeweils anderen Welle (10 bzw. 2) unterscheidet.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die von der elek trischen Maschine (4) aufgebrachten Drehmomente mit steigender Torsion derart zunehmen und entgegengesetztes Vorzeichen wie die Erregermomente haben, daß die Schwingungsisoliereinrichtung eine im wesentlichen lineare Federkennlinie aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die von der elek trischen Maschine (4) aufgebrachten Drehmomente mit steigender Torsion derart zunehmen und gleiches Vor zeichen wie die Erregermomente haben, daß die Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung (6) einen vorgege benen Grenzwert nicht überschreitet.

16. Verfahren nach Anspruch 15, ferner mit folgenden Schritten:

- Ermitteln eines maximal zulässigen Wertes (Grenzwertes) für die Torsion der Schwingungs isoliereinrichtung (6) oder für eine die Torsion charakterisierende Größe sowie eines entspre chenden Initiierungswertes, der betragsmäßig kleiner als der Grenzwert ist;
- Erfassen von Ist-Werten der Torsion oder der die Torsion charakterisierenden Größe und Ver gleichen der Ist-Werte mit dem entsprechenden Initiierungswert; und Erzeugen eines Stellsignals zum Aufbringen sol cher zeitlich veränderlicher Drehmomente bei Überschreiten des Initiierungswertes, daß sich die Torsion der Schwingungsisoliereinrichtung (6) asymptotisch dem vorgegebenen Grenzwert an nähert.