DE4447537A1 - Verfahren zur aktiven Schwingungsdämpfung und ein System zu dessen Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur aktiven Schwingungsdämpfung in Antriebsaggregaten und einem aktivem Schwingungsdämpfungssystem insbesondere für Kraftfahrzeu­ ge.

Systeme dieser Art werden überwiegend zur Minderung eines Geräuschpegels eingesetzt, der sich in einem Fahrzeug wäh­ rend des Fahrbetriebes ausbildet und von den Fahrzeuginsas­ sen meist als störend empfunden wird. Als wesentliche Schall- bzw. Geräuschquellen kommen beispielsweise in einem Kraftfahrzeug vor allem der Verbrennungsmotor samt den angeschlossenen Antriebskomponenten, wie Kurbelwelle, Ge­ lenkwelle, etc., die Auspuffanlage, Reifengeräusche, usw. in Betracht.

Systeme zur Geräuschminderung in einem Fahrzeug durch akti­ ve Schwingungsdämpfung sind, etwa aus der DE 39 39 828 C2 (AUDI) oder EP 0 372 590 B1 (BOEING) bekannt. Diesen Bei­ spielen liegt ein gemeinsames Prinzip zugrunde: Die aus der Überlagerung aller Schallquellen resultierende Stör­ schwingung wird hinsichtlich ihrer Phase und Amplitude erfaßt, z. B. an der Fahrzeugkarosserie; ihr wird eine am­ plitudengleiche zusätzliche Gegenschwingung überlagert, welche um etwa 180° phasenverschoben ist; hierzu ist eine entsprechend angesteuerte zusätzliche Schwingungsquelle vorgesehen, welche die Gegenschwingungen z. B. auf die Fahr­ zeugkarosserie überträgt. Die DE 39 39 828 C2 schlägt vor, die mit der Karosserie verbundene Fahrzeugbatterie als zusätzlichen Schwingkörper zu verwenden. Hierzu ist die Fahrzeugbatterie auf einem piezokeramischen Element gela­ gert, das Signale von einer die resultierende Störschwin­ gung erfassenden Meßeinheit empfängt und daraufhin mit einer phasenverschobenen Gegenschwingung beginnt und diese auf die Fahrzeugbatterie überträgt. Von dort gelangt die Gegenschwingung auf die Karosserie, wo sie sich der Stör­ schwingung überlagert und hierdurch diese kompensiert. Die EP 0 372 590 B1 schlägt vor, eine rotierende Maschine, z. B. einen Elektromotor, als zusätzliche Schwingungsquelle zu verwenden. Hierzu wird rotierende Maschine derart mit einer modulierten Rotationsgeschwindigkeit betrieben, daß sie die - die resultierende Störschwingung kompensierende - Gegen­ schwingung auf die Fahrzeugkarosserie übertragt.

Die in den Druckschriften DE 41 41 637 A1 (METZELER) und G 91 04 812 U1 (FICHT) beschriebenen Systeme zur aktiven Schwingungsdämpfung arbeiten im wesentlichen ebenfalls nach diesem Prinzip. Dabei werden störende Schwingungen - an der Fahrzeugkarosserie (METZELER) oder am Motor des Fahrzeuges (FICHT) - gemessen und mit Hilfe einer eigenen Schwingungs­ quelle - einem aktiven Entkopplungssystem mit einer Tilger­ masse (METZELER) oder einer achsparallel zur Kurbelwelle gelagerten Ausgleichswelle (FICHT) - eine dazu amplituden­ gleiche Gegenschwingung erzeugt wird.

Auch die DE 36 23 627 A1 (FICHTEL & SACHS) beschreibt ein Verfahren der eingangs genannten Art. Darin wird das Dreh­ zahlverhalten im Antriebsstrang eines Verbrennungsmotors mit Hilfe eines Drehzahlsensors auf das Auftreten von Dre­ hungleichförmigkeiten hin überwacht. Eine Steuereinrichtung leitet daraus Stellgrößen zur Steuerung eines Stellgliedes in Form einer Rutschkupplung ab. Diese wirkt auf die Dreh­ zahl des Antriebsstranges ein, um niederfrequente Schwin­ gungen im Antriebsstrang zu dämpfen.

Schließlich offenbart auch die Druckschrift DE 32 30 607 A1 (VW) eine Vorrichtung zum Ausgleich von Drehungleichförmig­ keiten eines Verbrennungsmotors. Ein Drehzahlsensor mißt den Drehzahlmomentanwert einer Kurbelwelle und leitet dar­ aus Steuer- bzw. Stellgrößen zum Betreiben eines Stellglie­ des ab. Das Stellglied ist eine elektrische Maschine, deren Läufer auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors sitzt und deren Ständer ortsfest am Umfang des Läufers angeordnet ist.

Diese bekannten Schwingungsdämpfungssysteme haben den Nach­ teil, daß sie entweder zusätzliche relativ aufwendige Schwingungsquellen zur Erzeugung von Gegenschwingungen oder aufwendige Stellglieder zur Beeinflussung der Wellenbewe­ gung einer rotierenden Welle benötigen. Außerdem hängt im ersten Fall der Erfolg der Geräuschbekämpfung stark vom Ort, der Form und dem Material der mit den Gegenschwingun­ gen beaufschlagten Fahrzeugflächen ab, was zu einer Kompli­ zierung derartiger Systeme führt.

Der nachfolgend genannte Stand der Technik befaßt sich nur mit Teilaspekten der vorliegenden aktiven Schwingungsdämp­ fung:

Die EP 70 553 B1 (GENERAL ELECTRIC) beschreibt eine elek­ trische Maschine zur Beeinflussung der Drehzahl einer Gas­ turbine, auf dessen Abtriebswelle ein Rotor der elektri­ schen Maschine sitzt.

Schließlich beschreibt die DE 4 53 179 A1 (WESTINGHOUSE) eine Vorrichtung zur Überwachung der Drehzahl einer Turbi­ nenenabtriebswelle eines Stromerzeugergenerators. Dabei werden Drehzahlschwankungen der Welle erfaßt und daraus Steuersignale für einen weiteren Stromerzeuger abgeleitet, welcher einem Stromkreis elektrische Energie einspeist - und zwar derart, daß Schwankungen der vom Generator erzeug­ ten elektrischen Energie - aufgrund von Drehzahlschwankun­ gen der Turbine - kompensiert werden.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein anderes Verfahren zur Schwingungsdämpfung sowie ein System zu dessen Durchführung zur Verfügung zu stellen, welche weniger aufwendig sind und sich insbesondere für Kraftfahrzeuge eignen.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel mit den Gegenständen der Ansprüche 1 und 7.

Danach schlägt die Erfindung ein aktives Schwingungsdämp­ fungssystem für Antriebsaggregate vor mit wenigstens einer ein Schwungrad aufweisenden rotierenden Welle, wobei das Schwungrad als bewegtes Grundelement einer - auf die Dre­ hung der Welle einwirkenden - elektrischen Maschine ausge­ bildet ist und als passiver Schwingungstilger ausgebildet oder ein solcher parallel dazu angeordnet ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur aktiven Schwingungs­ dämpfung in Antriebsaggregaten mit wenigstens einer rotie­ renden Welle werden Drehzahlungleichförmigkeiten der rotie­ renden Welle und daraus resultierende Störschwingungen dadurch unterhalb vorgegebener Werte gehalten, daß ein auf der Welle sitzendes Schwungrad als bewegtes Grundelement einer elektrischen Maschine ausgestaltet ist. Durch die kombinierte aktive und passive Schwingungsdämpfung kann eine optimale Geräuschminderung erzielt werden.

Eine der Hauptgeräuschquellen sind die - von dem Antriebs­ aggregat betriebenen oder darin befindlichen - Wellen, bei einem Kraftfahrzeug z. B. die Kurbelwelle, die Kardanwelle, die Gelenkwelle, etc. Antriebsaggregate, insbesondere Ver­ brennungsmotoren, weisen im Fahrbetrieb in nahezu allen, zumindest aber vielen Drehzahlbereichen Abweichungen von einer vorgegebenen Solldrehzahl auf. Bei Verbrennungsmoto­ ren werden derartige Drehungleichförmigkeiten bzw. Dreh­ zahlstörungen z. B. durch eine ungleichmäßige Verbrennung im Einzylinderbetrieb oder durch Ausfall eines Zylinders im Mehrzylinderbetrieb verursacht. Sie führen meist zu uner­ wünschten Störschwingungen der Abtriebswelle, insbesondere der Kurbelwelle, die sich auf andere Teile des Fahrzeuges übertragen und zu einem störenden Geräuschpegel führen können.

Die Erfindung verhindert diese Geräuschbildung bereits in ihrem Ansatz. Sie wählt nämlich unmittelbar die potentielle Störquelle, d. h. die Drehzahl, genauer den Momentanwert der Drehzahl bzw. die Winkelsegmentgeschwindigkeit, der Welle als Regelgröße eines Regelkreises. Es wird also die Momentandrehzahl der Welle, bei Kraftfahrzeugen insbesondere die Momentandrehzahl der Kurbelwelle, auf den gewünschten Wert geregelt, d. h. bei etwaigen Abweichungen automatisch wieder hergestellt und aufrechterhalten. Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert werden also sofort korrigiert. Der Sollwert entspricht dabei den optimalen Geräuschbedin­ gungen in einem Kraftfahrzeug, d. h. einem geräuschlosen, zumindest aber geräuscharmen Fahrbetrieb.

Statt zusätzliche Schwingungsquellen einzusetzen, setzt die Erfindung unmittelbar an den maßgeblichen Ursachen, d. h. den beteiligten Schwingungs- bzw. Schallquellen, an und unterdrückt - die von den Drehungleichförmigkeiten der rotierenden Wellen verursachten - Störschwingungen bereits in ihrem Ansatz. Somit kommt es gar nicht zur Ausbildung der Störschwingungen und der damit einhergehenden Geräusche im Fahrzeug.

Neben einer ebenso einfachen wie effektiven Geräuschminde­ rung ergeben sich durch die Erfindung weitere wichtige Vorteile: Langfristig wird auch eine Materialermüdung und somit ein Ausfall der Welle infolge einer Schwingungsbean­ spruchung vermieden. Ferner kann das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungssystem die in der Fahrzeugtechnik bis­ her verwendeten gesonderten Drehschwingungstilger ersetzen. Derartige Drehschwingungstilger sind beispielsweise aus der EP 0 250 913 A2 (CLOUTH) oder aus dem DE 89 07 426.2 U1 (CLOUTH) bekannt. Sie sind meist als konzentrisch zur Wel­ le, etwa der Kurbelwelle, in Gummi gelagerte, "passiv" schwingende Zusatzmassen ausgebildet.

Als besonderer Vorteil verwendet die Erfindung als Stell­ glied zur Beeinflussung der Drehung der Welle eine elek­ trische Maschine, wobei einfach ein auf der Welle sitzendes Schwungrad als bewegtes Grundelement der elektrischen Ma­ schine ausgebildet ist.

Elektrische Maschinen nutzen das Prinzip der elektromagne­ tischen Induktion bzw. die Lorentz-Kraft aus. Ihnen liegt in der Regel folgendes Konstruktionsprinzip zugrunde: ein stationäres Grundelement (nachfolgend Ständer genannt) und ein bewegtes Grundelement (nachfolgend Läufer genannt) sind räumlich-körperlich durch einen Spalt, insbesondere Luft­ spalt, voneinander getrennt, jedoch über einen durch den Spalt tretenden gemeinsamen magnetischen Fluß miteinander verknüpft. Dabei erzeugt wenigstens ein Grundelement das magnetische Primärfeld, meistens mit Hilfe einer oder meh­ rerer Erregerwicklungen, und zwar - je nach Betriebsart - als Gleichfeld, Wechselfeld oder Dreh- bzw. Wanderfeld. Das andere Grundelement ist mit einem oder mehreren elektri­ schen Leitern bestückt oder besteht aus solchen. Das Pri­ märfeld des einen Grundelements durchsetzt über den Spalt das andere Grundelement und bewirkt durch Verknüpfung mit dem dort induzierten elektromagnetischen Feld eine antrei­ bende Kraft, die Lorentz-Kraft. Für die Wirkungsweise der elektrischen Maschine ist es grundsätzlich gleichgültig, ob die Erregerwicklungen auf dem stationären oder bewegten Grundelement, also dem Ständer oder dem Läufer, angeordnet sind. Somit kann jede elektrische Maschine sowohl als Mo­ tor, als auch als Generator betrieben werden. Ob sie als Motor oder als Generator arbeitet, ist stets nur eine Frage der Betriebsart.

Beim vorliegenden Stellglied ist das auf einer Welle des Antriebsaggregates sitzende Schwungrad der Läufer einer nach dem obigen Konstruktionsprinzip aufgebauten elektri­ schen Maschine. Die Übertragung einer Kraft, genauer eines Drehmoments, auf die rotierende Welle zur Kompensation von Drehungleichförmigkeiten findet somit über eine elektroma­ gnetische Kopplung zwischen dem (als Schwungrad ausgebilde­ ten) bewegten Läufer und dem stationären Ständer der elek­ trischen Maschine statt.

Die Stärke der magnetischen Kopplung und damit die Stärke des auf die Welle ausgeübten Schub- oder Verzögerungsmo­ mentes kann einfach durch eine Änderung des magnetischen Flusses durch den Spalt, d. h. insbesondere über die Strom­ versorgung der Erregerspulen der elektrischen Maschine, und/oder durch eine Änderung des Spaltes, einschließlich eines darin befindlichen Mediums gesteuert werden (Anspruch 9).

Daher sind im vorliegenden Fall beide o.g. Betriebsarten, d. h. der Motorbetrieb und der Generatorbetrieb, möglich, sinnvoll und vorteilhaft: Hierzu weist das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungssystem Schaltmittel auf, welche das Stellglied, d. h. die elektrische Maschine, je nach Art der zu kompensierenden Drehungleichförmigkeiten vom Motorbe­ trieb in den Generatorbetrieb umschalten; es jeweils als (beschleunigender) Elektromotor bei Drehzahlabfällen und jeweils als (bremsender) Generator bei Drehzahlanstiegen betrieben wird. Die im Generatorbetrieb zurückgewonnene Energie kann gespeichert werden, etwa nach Art der Energie­ rückgewinnung mittels einer Lichtmaschine (Anspruch 10).

Falls die rotierende Welle die Abtriebswelle eines An­ triebsaggregates, insbesondere die Kurbelwelle eines Kraft­ fahrzeug-Verbrennungsmotors ist, sind vorzugsweise Steuer­ mittel vorgesehen, welche das Stellglied, d. h. die elek­ trische Maschine, beim Starten des Antriebsaggregates als Anlasser betreiben (Anspruch 11).

Viele Antriebsaggregate, z. B. Verbrennungsmotoren in Kraft­ fahrzeugen, können dicht aus eigener Kraft anlaufen. Sie müssen zunächst durch eine äußere Kraftquelle, den Anlas­ ser, angeworfen und auf die zum Anspringen benötigte Motor­ drehzahl gebracht werden. Erst danach können sie aus eige­ ner Kraft weiterlaufen. Dies erfordert je nach Motortyp, Hubvolumen, Lagerreibung, etc. ein unterschiedlich großes Anlaufdrehmoment, welches vom Anlasser aufgebracht werden muß. Dieser arbeitet gewöhnlich über ein Getriebe auf eine massive Schwungmasse oder ein Schwungrad, welche/welches auf einer Welle des Antriebsaggregates - bei Kraftfahrzeu­ gen die Kurbelwelle - sitzt.

Bei Kraftfahrzeugen ist es bekannt, einen batteriegespei­ sten Gleichstrommotor als Anlasser zu verwenden, der das notwendige Drehmoment über ein Antriebsritzel auf das Schwungrad übersetzt. Meistens wird hierfür ein sog. Gleichstrom-Reihenschlußmotor eingesetzt, d. h. ein elek­ trischer Gleichstrommotor, dessen Erreger- bzw. Statorwick­ lung in Reihe mit der Ankerwicklung geschaltet ist. Zum Anlassen wird das Antriebsritzel des Reihenschlußmotors - unter Einwirkung eines magnetschaltergesteuerten Einrückhe­ bels - mit einem auf der Peripherie der Schwungradscheibe sitzenden Zahnkranz in Eingriff gebracht. Nach dem Anlassen wird diese Verbindung wieder unterbrochen. Häufig ist zu­ sätzlich zwischen dem Anker des Reihenschlußmotors und dem Antriebsritzel eine Freilaufkupplung angeordnet, die als Überlastschutz ausgebildet ist. Sie soll verhindern, daß der Anker beim Anspringen des Verbrennungsmotors mit un­ erwünscht hoher Drehzahl angetrieben wird. Bei weiteren bekannten Anlassern ist für die mechanische Verbindung zwischen dem Anker des Reihenschlußmotors und dem Zahnkranz des Schwungrades ein aufwendiges Einspurgetriebe vorgese­ hen, welches das "Einspuren" des Ritzels in den Zahnkranz erleichtern soll.

Somit sind diese bekannten Anlasser ein ebenso aufwendiges wie reparaturanfälliges Bauteil. Auch das Schwungrad stellt ein aufwendiges Bauteil dar, da es an seinem äußeren Umfang mit dem Zahnkranz für den Eingriff des Anlasserritzels und im übrigen mit Markierungen zum Steuern der Zündvorgänge im Motor versehen ist.

Demgegenüber ergeben die vorgenannten bevorzugten Weiter­ entwicklungen der Erfindung gemäß den Ansprüchen 9 bis 11 - insbesondere beim Einsatz für Verbrennungsmotoren, beson­ ders bei Kraftfahrzeugen - mehrere Vorteile gleichzeitig: das auch als Anlasser arbeitende Stellglied zeichnet sich durch seine kompakte und einfache Bauweise aus. Es ist nämlich gewissermaßen "um das Schwungrad herum" konstru­ iert. Hierdurch werden das Gewicht und die Abmessungen im Motorbereich eines Kraftfahrzeuges entscheidend verringert. Der zuvor beschriebene, vom Kraftfahrzeug her bekannte Anlasser, genauer dessen Läufer und dessen Übersetzungs­ getriebe samt Antriebsritzel werden überflüssig. Außerdem entfällt der aufwendige Zahnkranz am Schwungrad, so daß das Schwungrad entsprechend einfacher und mit verringertem Herstellungsaufwand gefertigt werden kann. Weiterhin wird eine mechanische "getriebemäßige" Übertragung des Schub­ bzw. Verzögerungsmomentes auf das Schwungrad vermieden und durch eine über den Spalt zwischen Schwungrad und Ständer greifenden magnetischen Kopplung ersetzt. Beim erfindungs­ gemäßen Schub- oder Dämpfungsvorgang berühren sich somit keine Teile mehr, da das Schub- oder Dämpfungsmoment von elektromagnetischen Feldkräften aufgebracht wird. Außerdem sind, abgesehen vom Schwungrad, keine bewegten Teile mehr vorhanden. Das Stellglied bzw. der Anlasser unterliegt somit allenfalls einem geringen Verschleiß. Weiterhin wird auch die herkömmliche Lichtmaschine überflüssig. Im Ergeb­ nis benötigt die Erfindung also für die aktive Schwingungs­ dämpfung, für das Starten bzw. Anlassen eines An­ triebsaggregates und für dessen Stromversorgung nur ein einziges Bauteil. Dies bringt eine deutliche Kostenreduzie­ rung mit sich.

Für die Erfindung kommt grundsätzlich jede Art von elek­ trischer Maschine - ob Gleichstrom-, Wechselstrom-, Dreh­ strom- oder Linearmaschine - in Frage, die ein ausreichend großes Schub- bzw. Verzögerungsmoment auf ihren Läufer, hier das Schwungrad des Antriebsaggregates, zur Regelung der Wellendrehzahl übertragen kann. Die Wahl der jeweiligen elektrischen Maschine richtet sich nach der Art des An­ triebsaggregates. Für den Anlasserbetrieb von Verbrennungs­ motoren sind dabei solche Typen besonders geeignet, die ein kräftiges Drehmoment aufbringen und eine ausreichend hohe Drehzahl erreichen.

In einer Variante der Erfindung ist die elektrische Maschi­ ne als Wirbelstrombremse ausgebildet (Anspruch 8). Die Wir­ belstrombremse empfängt Stellgrößen von einem Stellgrößen­ geber und wirkt durch elektromagnetische Induktion ohne Verschleiß verzögernd bzw. dämpfend auf die Bewegung der Welle ein. Bevorzugt wird eine auf der Welle befestigte Metallscheibe - z. B. ein Schwungrad auf der Kurbelwelle eines Kfz - an einer oder mehreren Umfangsstellen senkrecht vom Magnetfeld eines Permanent- oder Elektromagneten durch­ setzt. Bei Rotation der Scheibe ruft das Magnetfeld in ihr durch Induktion Wirbelströme hervor, deren Feld in Wechsel­ wirkung mit dem Erregerfeld ein Bremsmoment auf die Welle ausübt.

Alternativ dazu ist das Stellglied eine Linearmaschine, d. h. eine elektrische Maschine mit dem Aufbau eines Linear­ motors bzw. Linearantriebes (Anspruch 8).

Der Linearmotor kann prinzipiell als eine spezielle Form eines Induktionsmotors mit Kurzschlußläufer, insbesondere Asynchronmotors, aufgefaßt werden. Anstelle des etwa von solchen Asynchronmotoren her bekannten Drehfeldes bilden die Erregerwicklungen des Linearmotors ein reines Wander­ feld aus. Das vom Ständer (oder Läufer) erzeugte Wanderfeld durchsetzt den Läufer (oder Ständer) und induziert darin Ring- bzw. Wirbelströme, deren magnetische Felder mit dem Wanderfeld verkettet sind und im Ergebnis die gewünschte Schubkraft ausüben.

Beim erfindungsgemäßen Stellglied ist vorzugsweise das auf der rotierenden Welle sitzende Schwungrad der Läufer eines derartigen Linearmotors. Die Übertragung des Schub- bzw. Verzögerungsmoments auf das Schwungrad zur Beeinflussung der Wellendrehzahl findet dann über eine elektromagnetische Kopplung zwischen dem als Schwungrad ausgebildeten bewegten Läufer und dem stationären Ständer des Linearmotors statt. Ein hoher Kopplungswirkungsgrad wird dann erreicht, wenn der Spalt zwischen Schwungrad und Ständer des Linearmotors möglichst klein ist, - vorzugsweise etwa 0,1 bis 1,5 mm beträgt.

Als besondere Vorteile von Linearmotoren seien genannt: ihr einfacher und robuster Aufbau und ihre damit einhergehende Wartungsarmut, ihre einfache Regulierbarkeit und ihre gro­ ßen Schubkräfte (bis zu 1000 N). Im übrigen kann der Line­ armotor bei überhöhter Momentandrehzahl sowohl "generato­ risch" - durch Energierückgabe in das Netz, als auch durch Umkehr der Laufrichtung des Wanderfeldes die Bewegung der rotierenden Welle verzögern.

Bei einem besonders einfachen Linearmotor sind die - das Wanderfeld erzeugenden - Erregerspulen auf dem Ständer (nachfolgend als Ständerspulen bezeichnet) nur an einer Seite des Schwungrades angeordnet, vorzugsweise nur inner­ halb eines bestimmten segmentartigen Winkelbereiches des Schwungrades, der jedoch mit steigenden Anforderungen an das benötigte Anlaufdrehmoment ebenfalls wächst bis er den vollen Umfang, also 360° erreicht. Dabei können die Spulen gleich- oder ungleichmäßig auf der einen Seite des Schwun­ grades verteilt sein. Alternativ und/oder ergänzend, ins­ besondere für ein erhöhtes Anlaufdrehmoment, können die Spulen auch zu beiden Seiten des Schwungrades angeordnet sein. Das aus mehreren Ständerspulen bestehende Erregersy­ stem kann also - ein- oder beidseitig - innerhalb bestimm­ ter Winkelbereiche oder über den gesamten Umfang - gleich- oder ungleichmäßig - verteilt angeordnet sein. Hierdurch läßt sich der Linearmotor besonders einfach für unter­ schiedliche Leistungsbereiche auslegen (Anspruch 12).

Bevorzugt besteht das Schwungrad i.w. aus einem gut leiten­ den Material, beispielsweise aus Eisen. Um die Leitfähig­ keit weiter zu erhöhen, ist es vorzugsweise mit einem Mate­ rial hoher Leitfähigkeit, etwa Kupfer, beschichtet oder belegt, - und zwar auf denjenigen Flächen, die i.w. parallel zur Spulenebene der Ständerspulen liegen. Hierdurch bauen die in der leitfähigen Schicht induzierten Wirbel­ ströme ein Sekundärfeld auf, das - wie das Primärfeld - senkrecht zur Spaltebene liegt und somit einen optimalen Kopplungsgrad garantiert. Alternativ dazu sind kurzge­ schlossene Läuferwicklungen in oder auf dem Schwungrad angeordnet, - wiederum derart, daß sich das Primärfeld und das Sekundärfeld optimal verketten (Anspruch 13).

Hierdurch wird eine erhebliche Steigerung der resultieren­ den Schub- bzw. Verzögerungskraft erreicht. Die im Schwung­ rad induzierten Wirbelströme können sich in der hochleiten­ den Schicht oder den Läuferwicklungen ungestört ausbreiten, so daß das induzierte Magnetfeld entsprechend größer ist und zu einer verstärkten Wechselwirkung mit dem Erregerfeld führt. Untersuchungen an herkömmlichen Linearmotoren haben gezeigt, daß die resultierenden Schub- bzw. Verzögerungs­ kräfte annähernd proportional der elektrischen Leitfähig­ keit des Materials der stromführenden Läuferschichten sind. Ferner werden hierdurch auch Wärmeverluste - sog. Wirbel­ stromverluste - im Schwungrad auf ein Minimum reduziert.

Fertigungstechnisch besonders günstig ist es, das Schwung­ rad als kreisförmige Stahlscheibe auszubilden und außen auf den dem Spalt zugekehrten Flächen mit einem Kupferblech zu belegen.

Zur weiteren Steigerung der Schub- bzw. Verzögerungskraft des Stellgliedes sind bei einer weiteren bevorzugten Ausge­ staltung mit Strom beaufschlagte Läuferspulen in oder auf dem Schwungrad angeordnet, derart, daß deren Magnetfeld senkrecht zur Spaltebene steht (Anspruch 14).

Besonders bei großen Abweichungen von gewünschten Solldreh­ zahlen ist es zweckmäßig, das Schwungrad derart auszubil­ den, daß es im Radialschnitt einen T-förmigem Querschnitt aufweist (Anspruch 15).

In diesem Fall können z. B. stationäre Erregerspulen, welche das Primärfeld erzeugen, sowohl seitlich als auch radial außerhalb des Schwungrades angeordnet sein, derart, daß die Erregerspulen den T-förmigen Endbereich des Schwungrades "umgreifen" - ähnlich wie bei einer Hochgeschwindigkeit- Magnetschwebebahn. Auf diese Weise wird eine starke magne­ tische Kopplung zwischen Erregerspulen und Schwungrad bei gleichzeitig kompakter und robuster Bauweise erzielt.

Alternativ können die Erregerspulen auch in oder auf dem Schwungrad angeordnet und ein Material hoher Leitfähigkeit oder kurzgeschlossene Wicklungen auf dem Ständer des Line­ armotors angeordnet sein. Auf diese Weise werden die Funk­ tionen von bewegtem und stationärem Grundelement hin­ sichtlich der Erzeugung von Primär- bzw. Erregerfeld und Sekundär- bzw. induziertem Feld gegenüber der zuvor be­ schriebenen Anordnung einfach vertauscht: Nunmehr erzeugen die Erregerspulen auf dem Schwungrad das Wanderfeld, wel­ ches im Ständer Wirbelströme induziert, um in Wechselwir­ kung mit dem Wanderfeld eine Schub- bzw. Verzögerungskraft auf das Schwungrad auszuüben (Anspruch 16).

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie flexibel auf die Abmessungen im Motorbereich eines Kraftfahrzeuges angepaßt werden kann. In Folge der Wanderbewegung des Wanderfeldes muß lediglich der Ständer oder die Läuferspulenanordnung den zurückzulegenden Weg überspannen. Folgende Ausführungen sind daher möglich: der Ständer kann sich konzentrisch um den gesamten Umfang ein- oder beidseitig des Schwungrades erstrecken. Er bildet also einen Ring oder Doppelring. Gleichzeitig sind die Läuferspulen in oder auf dem Schwung­ rad lediglich in einem segmentartigen Abschnitt des Schwun­ grades verteilt angeordnet. Alternativ dazu kann sich der Ständer nur über einen bestimmten Winkelbereich erstrecken und die zugeordneten Läuferspulen der Schwungradscheibe umspannen den vollen Umfang von 360°.

Bei einer bevorzugten Variante ist das Schwungrad aus einem inneren Schwungring und einen konzentrisch hierzu angeord­ neten äußeren Schwungring aufgebaut, wobei die Schwungringe drehelastisch, insbesondere über eine Gummischicht, mitein­ ander verbunden sind (Anspruch 17).

Besonders platzsparend ist eine weitere Schwungradvariante des erfindungsgemäßen Anlassers. Dabei ist das Schwungrad gegenüber seiner Drehachse geneigt ausgebildet. Falls das Schwungrad einem inneren Schwungring und einen hierzu dreh­ elastisch angeordneten äußeren Schwungring aufweist, ist es zweckmäßig, daß der äußere Schwungring gegenüber dem inne­ ren Schwungring geneigt angeordnet ist (Ansprüche 18 und 19).

Schließlich schlägt die Erfindung eine besonders einfache Drehzahlregelung für das erfindungsgemäße aktive Schwin­ gungssystem vor, die einen Meßwertaufnehmer zur Bestimmung von Drehungleichförmigkeiten der Welle aufweist, einen nachgeschalteten Stellgrößengeber (in der Regeltechnik als "Regler" bezeichnet) zur Erzeugung von Stellgrößen und das dem Stellgrößengeber nachgeschaltete Stellglied z. B. in Form des Linearmotors, welches auf die Drehung der Welle einwirkt. Es werden also Abweichungen von der momentanen Solldrehzahl bzw. der Soll-Winkelsegmentgeschwindigkeit fortlaufend ermittelt, daraus Stellgrößen zur Steuerung des Stellgliedes abgeleitet und schließlich durch das Stell­ glied eine beschleunigende oder verzögernde Kraft auf die Welle ausgeübt - und zwar derart, daß die gewünschte Momen­ tandrehzahl fortlaufend hergestellt und aufrecht erhalten wird (Ansprüche 3 und 20).

Auf diese Weise führt die Einwirkung des Stellgliedes zu einer Vergleichmäßigung der Rotation der Welle, d. h. zu einem Ausgleich der durch Drehungleichförmigkeiten verur­ sachten Störschwingungen und damit zu einer Dreh­ schwingungsdämpfung.

Bei einer bevorzugten Variante weist der genannte Meßwert­ aufnehmer (1. Alternative) einen unmittelbar an der Welle angebrachten Drehzahlsensor auf, insbesondere einen induk­ tiven oder optischen Sensor, zur Messung der Drehzahlmomen­ tanwerte bzw. der Winkelsegmentgeschwindigkeit der Welle und einen Vergleicher zur Bildung der Regeldifferenz. Hier­ durch lassen sich die zu korrigierenden Drehungleichförmig­ keiten der Welle einfach ermitteln. Der Drehzahlsensor ist einzelnen Winkelsegmenten, z. B. einer auf der Welle sitzen­ den Scheibe oder einem Zahnrad zugeordnet, und mißt fort­ laufend die Momentanwerte der Drehzahl der einzelnen Win­ kelsegmente. Diese Meßwerte werden dem Vergleicher zuge­ führt, der sie mit entsprechenden Sollwerten vergleicht. Das Ergebnis dieses Vergleichs ist die Regeldifferenz, d. h. ein Maß für die Drehungleichförmigkeiten der Welle (Ansprü­ che 4 und 21). Als jeweiliger Sollwert wird beispielsweise ein in der Sequenz der laufend gemessenen Istwerte voraus­ gegangener Meßwert, bevorzugt der unmittelbar vorausgegan­ gene Meßwert, oder der Mittelwert aus mehreren dieser Vor­ gänger-Meßwerte genommen. Das Stellglied spricht dabei bevorzugt erst dann an, wenn die Regeldifferenz einen vor­ gegebenen Schwellenwert überschreitet.

Vorteilhaft können die Momentanwerte der Drehzahl aber auch einem Differenzierglied zur Gewinnung der differentiellen Drehzahl bzw. der momentanen Winkelsegmentbeschleunigung zugeführt werden, die im Vergleicher mit entsprechenden Sollwerten zur Ermittlung der Regeldifferenz verglichen wird. Auch hier kann bei der Auswahl der Sollwerte und dem Ansprechen des Stellgliedes analog der vorstehenden Soll­ wertauswahl und/oder analog dem vorstehenden Ansprechver­ halten des Stellgliedes verfahren werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Variante besteht der erfin­ dungsgemäße Meßwertaufnehmer (2. Alternative) im wesentli­ chen aus einem Schwingungssensor zur Messung von jeglicher Art von Schwingungen, die auf Drehungleichförmigkeiten der rotierenden Welle zurückzuführen sind. Der Schwin­ gungssensor ist, z. B. in einem Kraftfahrzeug, an beliebiger geeigneter Stelle angebracht, etwa an der Karosserie oder im Inneren eines Fahrzeuges, vorzugsweise im Bereich der Fahrzeugsitze, d. h. dort, wo der mit den Störschwingungen einhergehende Geräuschpegel besonders repräsentativ für Störschwingungen ist oder von den Fahrzeuginsassen als besonders störend empfunden wird.

Der Schwingungssensor ist bevorzugt ein Mikrophon, z. B. ein Tauchspulmikrophon, das vorzugsweise im Bereich der Kopf­ stützen der Fahrzeugsitze im einem Kfz angeordnet ist, und eine induzierte - der Frequenz der Störschallwellen propor­ tionale - Spannung erzeugt. Ferner kommen als Schwin­ gungssensoren Schwingungsaufnehmer in Betracht, die z. B. unmittelbar an der Fahrzeugkarosserie angebracht sind, wie induktive Aufnehmer, kapazitive Aufnehmer, Piezoaufnehmer, Widerstandsaufnehmer (Dehnungsmeßstreifen) etc.

Außerdem weist der Meßwertaufnehmer (2. Alterantive) eine dem Schwingungssensor nachgeschaltete Verarbeitungsvorrich­ tung auf, die zur Ableitung der Drehzahlmomentanwerte bzw. der Winkelsegmentgeschwindigkeit der Welle aus den gemesse­ nen Störschwingungsmeßwerten ausgelegt ist; schließlich einen Vergleicher zur Bildung der Regeldifferenz.

Danach werden die vom Schwingungssensor erfaßten Stör­ schwingungen als Meßsignal der Verarbeitungsvorrichtung zur Weiterverarbeitung zugeleitet. Diese wertet im allgemeinen die Amplituden, Frequenzen und Phasen der empfangenen Meß­ signale aus und leitet daraus Parameter der Wellenbewegung ab, inbesondere die Momentanwerte für die Wellendrehzahl bzw. die Winkelsegmentgeschwindigkeit oder die Winkelseg­ mentbeschleunigung. Für diese Ableitung ist es notwendig, eine Übertragungsfunktion zu kennen, welche die Einflüsse des Übertragungsmediums, z. B. Getriebe, Fahrzeugkarosserie, Luft, etc., auf die Ausbreitung der Störschwingungen (von der Störschwingungsquelle - nämlich der von einem An­ triebsaggregat betriebenen oder darin befindlichen rotie­ renden Welle - zum Meßort) berücksichtigt. Die Übertra­ gungsfunktion wird vorzugsweise experimentell bestimmt.

Aus den mit Hilfe des Schwingungssensors gemessenen Stör­ schwingungsmeßwerten an einem beliebigen Meßort werden dann mit Hilfe der Übertragungsfunktion für diesen Meßort die aktuellen Parameter der Wellenbewegung der jeweiligen ro­ tierenden Wellen bestimmt. Die abgeleiteten Momentanmeß­ größen werden dann dem Vergleicher zugeführt, der einen Vergleich mit den Sollwerten durchführt, um daraus die Re­ geldifferenz zu bilden (Ansprüche 5 und 22).

Der Vergleicher ist - sowohl beim Meßwertaufnehmer 1. Al­ ternative, als auch beim Meßwertaufnehmer 2. Alternative - bevorzugt ein Rechner, in dem verschiedene Regelstrategien, z. B. als Software-Kennlinienfeld abgelegt sind, womit sämt­ liche auftretende Drehungleichförmigkeiten - und damit Störschwingungsfrequenzen der Welle - wirksam gedämpft wer­ den können.

Der dem Vergleicher nachgeschaltete Stellgrößengeber leitet aus der Regeldifferenz die Stellgrößen zur Kompensation der Drehungleichförmigkeiten ab - und zwar derart, daß ein gün­ stiger zeitlicher Ablauf des Regelvorganges erreicht wird. Vorzugsweise ist der Stellgrößengeber mit einer Vorrichtung zur Signalverstärkung ausgestattet, so daß vorteilhaft das ankommende Regeldifferenzsignal verstärkt an das Stellglied weitergegeben wird.

Je nach Betriebsart des Antriebsaggregates sind unter­ schiedliche Regelstrategien zweckmäßig: Bei einer Festwert­ regelung wird ein vorgegebener, zeitlich konstanter Wert der Momentandrehzahl innerhalb eines bestimmten Drehzahlbe­ reiches aufrecht erhalten. Hingegen wird bei einer Folgere­ gelung ein vorgegebener, aber zeitlich variabler Wert der Drehzahl herbeigeführt.

Ferner wird das Stellglied vorzugsweise derart betrieben, daß es bei einer Regeldifferenz entweder impulsartig, oder über einen längeren Zeitraum gleichmäßig eine Kraft auf die Welle ausübt (Anspruch 6). Sollten sich dieselben Drehun­ gleichförmigkeiten periodisch wiederholen, so ist es emp­ fehlenswert, die Korrektur der Drehzahl gegenphasig dazu zu steuern. Bei anderen unregelmäßigen Abweichungen von der Solldrehzahl über einen längeren Zeitraum wirkt das Stell­ glied entsprechend gleichmäßig dämpfend oder beschleunigend auf die Drehzahl der Welle ein.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus­ führungsbeispiele. In der Beschreibung wird auf die bei­ gefügte schematische Zeichnung Bezug genommen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführung eines erfin­ dungsgemäßen aktiven Schwingungsdämpfungssystems;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stellgliedes des Schwin­ gungsdämpfungssystems in Fig. 1;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt längs der Linie II-II in Fig. 2; und

Fig. 4 eine Schnittansicht analog Fig. 3 einer Schwung­ radvariante eines erfindungsgemäßen Stellgliedes.

Die nachfolgende Beschreibung geht - lediglich aus Gründen einer einfacheren Darstellung - von einer Kurbelwelle 12 eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors aus, ohne jedoch darauf beschränken zu wollen.

Fig. 1 zeigt einen Regelkreis eines Drehzahlreglers zur aktiven Schwingungsdämpfung von Kurbelwellen-Störschwingun­ gen und damit einhergehenden Geräuschen, die auf Drehun­ gleichförmigkeiten der vom Verbrennungsmotor betriebenen Kurbelwelle 12 zurückzuführen sind.

Nach Fig. 1 ist ein Drehzahlsensor 2 an geeigneter Stelle an der Kurbelwelle 12 angeordnet, um mehrere Winkelsegmente der Kurbelwelle 12 zu erfassen und fortlaufend die momen­ tane Kurbelwellendrehzahl bzw. Winkelsegmentgeschwindigkeit zu messen. Hierfür kann beispielsweise ein induktiver Dreh­ zahlsensor verwendet werden, der einzelnen Winkelsegmenten eines Schwungrades oder eines Zahnrades auf der Kurbelwelle 12 zugeordnet ist. Aber auch ein optischer Drehzahlsensor ist denkbar, welcher die momentane Wellendrehzahl aufgrund einer durch die Drehung der Welle verursachten Unterbre­ chung einer Lichtschranke mißt. Die Wellendrehzahlmessung kann analog zur Raddrehzahl- und Schlupfmessung, wie sie von ABS-Systemen her bekannt ist, erfolgen.

Die vom Drehzahlsensor 2 erfaßten Momentandrehzahlen werden einem Vergleicher 4 zugeleitet. Dieser ist ein Rechner, der den Istwert der momentanen Drehzahl mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und daraus ein Regeldifferenzsignal als Maß für eine etwaige momentane oder periodische Drehun­ gleichförmigkeit der Kurbelwelle 12 erzeugt. Das letztge­ nannte Signal veranlaßt einen nachgeschalteten Stellgrö­ ßengeber 6, einen Wert für eine Stellgröße zur Kompensation der Drehungleichförmigkeit zu generieren. Die Stellgröße wird schließlich von einem Stellglied 8 empfangen, welches daraufhin auf die Bewegung der Kurbelwelle 12 derart ein­ wirkt, daß der vorgegebene Momentandrehzahlwert wieder hergestellt wird.

Auf diese Weise werden Störungen der Kurbelwellendrehzahl bereits im Ansatz getilgt, so daß Störschwingungen und damit verbundene Geräusche im Kraftfahrzeug erst gar nicht aufkommen können.

Fig. 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein Stell­ glied 8 des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungssystems.

Das Stellglied 8 weist ein scheibenförmiges Schwungrad 10 auf, das auf einer Antriebs-/Abtriebswelle des Verbren­ nungsmotor, hier der Kurbelwelle 12, sitzt und mit einem Schub- bzw. Verzögerungsmoment beaufschlagt wird. Hierzu ist es als bewegtes Grundelement bzw. Läufer eines Linear­ motors 14 ausgebildet.

Das Schwungrad 10 weist einen äußeren Schwungring 16 und einen hierzu konzentrischen inneren Schwungring 18 auf. Die beiden Schwungringe 16 und 18 sind über eine ringartige Gummischicht 20 elastisch miteinander verbunden. Der innere Schwungring 18 geht in eine Nabe 22 über, die fest auf der Kurbelwelle 12 sitzt. Auf diese Weise bildet das Schwungrad 10 des Stellgliedes 8 zusätzlich einen Drehschwingungstil­ ger, der störenden Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle 12 auch passiv entgegenwirkt.

Zu beiden Seiten des äußeren Schwungringes 16 sind einander gegenüberliegend jeweils drei Ständerspulen 24 angeordnet. Dabei sind die Ständerspulen 24 innerhalb eines segment­ artigen Winkelabschnittes des Schwungrades 10 gleichmäßig verteilt, haben einen geringen Abstand vom äußeren Schwung­ ring 16 und bilden mit diesem einen Spalt 26. Der Spalt 26 ist so eng wie möglich zu wählen - etwa zwischen 0,1 und 1,5 mm.

Die Ständerspulen 24 werden von einem das Schwungrad 10 jochartig übergreifenden stationären Haltebügel 28 getra­ gen. Bevorzugt ist der Haltebügel 28 auf der Kurbelwelle 12 drehgelagert (in der Zeichnung nicht gezeigt), so daß die Ständerspulen 24 und das Schwungrad 10 bei Erschütterungen des Kraftfahrzeuges gemeinsam schwingen, deren wechselsei­ tige Ausrichtung und der Spalt 26 also im wesentlichen kon­ stant bleiben.

Die Ständerspulen 24 werden in bekannter Weise über eine fest verlegte Stromzuführung (in der Zeichnung nicht ge­ zeigt) mit der vom Stellgrößengeber 6 erzeugten Stellgröße beaufschlagt und erzeugen hierauf ein magnetisches Wander­ feld, welches über den Spalt 26 greift, den äußeren Schwungring 16 durchsetzt, ein darin in sich ringartig geschlossenes elektrisches Feld und somit dort eine Rings­ pannung induziert. Aufgrund dieser Spannung fließen im Schwungring 16 Ring- bzw. Wirbelströme, deren magnetische Felder - mit dem Wanderfeld der Ständerspulen 24 verkettet - eine Kraft in tangentialer Richtung auf das Schwungrad 10 ausüben. Je nach Art der Drehungleichförmigkeiten wird die Umlaufrichtung des Wanderfeldes relativ zur Umlaufrichtung der Kurbelwelle so gewählt, daß bei zu niedrigen Momen­ tandrehzahlen das Schwungrad 10 eine Schubkraft und bei zu hohen Momentandrehzahlen eine Verzögerungskraft erfährt - bis eine Vergleichmäßigung der Kurbelwellenrotation bzw. eine Drehschwingungsdämpfung eintritt. Die Stärke dieser Schub- bzw. Verzögerungskraft läßt sich einfach durch eine Änderung der Stromstärke in den Ständerspulen 24 und damit der magnetischen Flußdichte durch den Spalt 26 steuern.

Der äußere Schwungring 16 des Schwungrades 10 ist aus Stahl gefertigt und an seinen beiden, den Ständerspulen 24 zuge­ kehrten Seitenflächen mit Kupferblech belegt. Hierdurch lassen sich hohe Wirbelströme in den Seitenflächen und entsprechend hohe Schub- bzw. Verzögerungskräfte induzie­ ren. Eine weitere Steigerung der Schubkraft läßt sich durch die auf dem Schwungrad 10 angeordneten mit einem Strom beaufschlagten Läuferspulen 29 (wie in Fig. 1 durch gestri­ chelte Linien angedeutet) erzielen. Dabei sind die Läufer­ spulen 29 derart angeordnet, daß deren Magnetfeld senkrecht zur Spaltebene steht und derart beaufschlagt, daß sich die Felder der Läuferspulen 29 und Ständerspulen 24 maximal verstärken. Das Feld der Läuferspulen 29 kann dabei ein Gleichfeld oder ein den Phasen des Feldes der Ständerpulen 24 angepaßtes Wanderfeld sein. Im letztgenannten Fall ba­ siert die auf die Kurbelwelle einwirkende Schub- bzw. Ver­ zögerungskraft vor allem auf der "Mitnahme" des Feldes der Läuferspulen 29 durch das Wanderfeld der Ständerspulen 24.

Wie bereits ausgeführt, ist das Schwungrad 10 zusätzlich als passiver Drehschwingungstilger ausgebildet, dessen ringartige Gummischicht 20 den inneren Schwungring 18 mit dem - etwaige Drehschwingungen tilgenden - äußeren Schwung­ ring 16 elastisch verbindet. Hat die elastische Verbindung der beiden Schwungringe 16, 18 - wie im dargestellten Aus­ führungsbeispiel - elektrisch isolierende Eigenschaften, ergibt sich zusätzlich zur Schwingungsdämpfung auch noch ein elektrischer Vorteil: Die im äußeren Schwungring 16 induzierten Ringströme können nicht in den inneren Schwung­ ring 18 übertreten, konzentrieren sich also auf den drehmo­ ment-günstigen Peripheriebereich des Schwungrades 10.

In Fig. 4 ist eine Variante des Schwungrades 10 darge­ stellt. Danach ist der äußere Schwungring 16 des Schwungra­ des 10 gegenüber der Schwungradebene um einen Winkel 30 geneigt. Die übrigen Komponenten des Anlassers nach Fig. 2 und 3 sind dieser Orientierung entsprechend angeordnet. Auf diese Weise kann das Stellglied 14 besonders einfach den Raumverhältnissen im Bereich des Schwungrades 10 baulich angepaßt werden - ohne dabei dessen Wirkungsgrad zu beein­ trächtigen.

Gemäß Fig. 3 ist dem Stellglied 8 eine schematisch darge­ stellte elektronische Schaltung 32 zugeordnet, die es in einem Kraftfahrzeug außer zur Drehzahlregelung in zwei weiteren Betriebsarten betreiben kann: Bei Betätigen des Anlasserschlüssels arbeitet das Stellglied 8 - hier der Linearmotor 14 - als Motor zum Anwerfen des Verbrennungsmo­ tors; danach kann es in einen Generatorbetrieb umschaltet werden. Im letztgenannten Generatorbetrieb werden die Läu­ ferspulen 29 über Schleifkontakte (hier nicht gezeigt) mit einem ein Magnetfeld erzeugenden Strom beaufschlagt. Auf­ grund der Schwungradbewegung bewegt sich dieses Feld rela­ tiv zur Spaltebene und induziert bzw. generiert in den Ständerspulen 24 eine Spannung, welche das Fahrzeug im Fahrbetrieb mit elektrischer Energie versorgt. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Linearmotor 14 in einem Kraftfahrzeug auch die Funktion eines Anlassers zum Starten des Verbrennungsmotors und einer Lichtmaschine zur Ener­ gieversorgung des Fahrzeuges übernehmen. Die Schaltung 32 ist zweckmäßig als Prioritätenschaltung ausgelegt, welche den Linearmotor 14 immer dann in den Generatorbetrieb um­ schaltet, wenn keine Drehzahlregelung erforderlich ist, z. B. in niedrigen Drehzahlbereichen.

Selbstverständlich kann der Linearmotor 14 zur Drehzahlre­ gelung und zur Stromerzeugung gleichzeitig genutzt werden - wenn auch mit geringerer Stromausbeute - weil die in den Ständerspulen 24 induzierte Spannung wiederum Wirbelströme hervorruft, deren magnetische Felder eine Verzögerungskraft auf das Schwungrad 10 ausüben.

Claims (22)

1. Verfahren zur aktiven Schwingungsdämpfung in Antriebs­ aggregaten mit wenigstens einer rotierenden Welle (12), insbesondere Kurbelwelle, bei welchem Dreh­ zahlungleichförmigkeiten der rotierenden Welle (12) und daraus resultierende Störschwingungen dadurch unterhalb vorgegebener Werte gehalten werden, daß ein auf der Welle (12) sitzendes Schwungrad (10) als bewegtes Grundelement einer elektrischen Maschine ver­ wendet wird, wobei das Schwungrad (10) als passiver Drehschwingungstilger ausgebildet oder ein solcher parallel dazu angeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Maschine eine Linearmaschine (14) bzw. ein Linearmotor oder eine Wirbelstrombremse verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Drehungleichförmigkeiten der rotierenden Wel­ le (12) ermittelt, daraus Stellgrößen zur Steuerung eines Stellgliedes (8) abgeleitet werden und mittels des Stellgliedes (8) auf die Drehung der Welle (12) eingewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlmomentanwerte bzw. die Winkelsegmentge­ schwindigkeit der Welle (12) unmittelbar an der Welle (12) gemessen und mit Sollwerten verglichen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierenden Störschwingungen gemessen, daraus Meßwerte für die Drehzahlmomentanwerte bzw. die Win­ kelsegmentgeschwindigkeit der Welle (12) abgeleitet und mit Sollwerten verglichen werden.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß auf die Drehung der Welle (12) periodisch oder über einen längeren Zeitraum gleichmäßig eingewirkt wird.

7. Aktives Schwingungsdämpfungssystem für Antriebsaggre­ gate mit wenigstens einer ein Schwungrad (10) aufwei­ senden rotierenden Welle (12), insbesondere Kurbelwel­ le für Kraftfahrzeuge, wobei das Schwungrad (10) als bewegtes Grundelement einer - auf die Drehung der Welle einwirkenden - elektrischen Maschine (14) ausge­ bildet ist und als passiver Schwingungstilger ausge­ bildet oder ein solcher parallel dazu angeordnet ist.

8. Aktives Schwingungsdämpfungssystem, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrische Maschine (14) als Line­ armaschine bzw. Linearmotor oder Wirbelstrombremse ausgebildet ist.

9. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschi­ ne (14) derart ausgestaltet ist, daß der magnetische Fluß in ihrem Spalt (24) und/oder der Spalt (24) selbst veränderbar ist/sind.

10. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der An­ sprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch Schaltmittel (32), die derart ausgestaltet sind, daß sie die elek­ trische Maschine (14) je nach Art der Drehungleichför­ migkeiten als Elektromotor oder als Generator betrei­ ben.

11. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der An­ sprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (12) die Abtriebswelle eines Antriebsaggregates, insbesondere die Kurbelwelle eines Kraftfahrzeug-Ver­ brennungsmotors ist, und Steuermittel vorgesehen sind, welche die elektrische Maschine (14) beim Starten des Antriebsaggregates als Anlasser betreiben.

12. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Erre­ gerspulen (24) auf dem stationären Grundelement (28) an zumindest einer Seite des Schwungrades (10), ins­ besondere innerhalb bestimmter Winkelbereiche oder über den gesamten Umfang - gleich- oder ungleichmäßig - verteilt, angeordnet sind.

13. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der An­ sprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (10) mit einem Material hoher Leitfähigkeit beschichtet oder belegt ist oder kurzgeschlossene Läu­ ferwicklungen in oder auf dem Schwungrad (10) angeord­ net sind, derart, daß das in der leitenden Schicht oder den Läuferwicklungen induzierte Magnetfeld senk­ recht auf einer Spaltebene steht.

14. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der An­ sprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit Strom beaufschlagte Läuferspulen (29) in oder auf dem Schwungrad (10) angeordnet sind, derart, daß deren Magnetfeld senkrecht auf der Spaltebene steht.

15. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der An­ sprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Radialschnitt des Schwungrades (10) einen T-förmigen Querschnitt aufweist.

16. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der An­ sprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen in oder auf dem Schwungrad (10) und Material hoher Leitfähigkeit oder kurzgeschlossene Wicklungen auf dem stationären Grundelement (28) an­ geordnet sind, derart, daß die Funktionen von bewegtem und stationären Grundelement (10, 28) hinsichtlich der Erzeugung von Primär- und Sekundärfeld gegenüber einem der Ansprüche 12 bis 15 vertauscht sind.

17. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der An­ sprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (10) einen inneren Schwungring (18) und einen konzentrisch hierzu angeordneten äußeren Schwungring (16) aufweist und die Schwungringe (16, 18) drehelastisch, insbesondere über eine Gummischicht (20), miteinander verbunden sind.

18. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der An­ sprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (10) gegenüber seiner Drehachse geneigt ist.

19. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Schwungring (16) gegenüber dem inneren Schwungring (18) geneigt ist.

20. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 19, gekennzeichnet durch:

• - einen Meßwertaufnehmer (2, 4) zur Bestimmung von Drehungleichförmigkeiten an der Welle (12);
• - einen nachgeschalteten Stellgrößengeber (6) zur Erzeugung von Stellgrößen; und
• - ein dem Stellgrößengeber (6) nachgeschaltetes Stellglied (8), das auf die Bewegung der Welle einwirkt.

21. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (2, 6) einen an der Welle (12) angebrachten Winkelsegment- Drehzahlsensor (2), insbesondere einen optischen oder induktiven Sensor, und einen Vergleicher (4) aufweist.

22. Aktives Schwingungsdämpfungssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer auf­ weist: einen Schwingungssensor zur Erfassung der - von Drehzahlungleichförmigkeiten der rotierenden Welle (12) resultierenden - Störschwingungen, eine Verarbei­ tungsvorrichtung zur Ableitung der Drehzahlmomentan­ werte bzw. die Winkelsegmentgeschwindigkeit der Welle (12) aus den Störschwingungsmeßwerten und einen Ver­ gleicher.