DE102009052055A1

DE102009052055A1 - Fliehkraftpendeleinrichtung mit Pendelmassen unterschiedlicher Ordnung

Info

Publication number: DE102009052055A1
Application number: DE102009052055A
Authority: DE
Inventors: Ilda Achmetschin; Uwe Grahl
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2010-10-21

Abstract

Bei einer Fliehkraftpendeleinrichtung zur Anordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens eine Pendelmasse, die an einer rotierenden Trägerscheibe aufgehängt ist und entlang wenigstens einer vorgegebenen Pendelbahn eine Relativbewegung zu der Trägerscheibe ausführen kann, wird die Dämpfungswirkung dadurch verbessert, indem an der Trägerscheibe wenigstens eine Pendelmasse einer ersten Ordnung und wenigstens eine Pendelmasse einer weiteren Ordnung aufgehängt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fliehkraftpendeleinrichtung zur Schwingungsdämpfung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Zweimassenschwungrad und die Verwendung einer solchen Fliehkraftpendeleinrichtung.
Durch die periodischen Verbrennungsvorgänge eines Hubkolbenmotors werden insbesondere im Zugbetrieb Schwingungen im nachfolgenden Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeregt. Im Sinne der Patentanmeldung umfasst der Begriff Kraftfahrzeuge auch Lastkraftwagen, Landmaschinen und dgl. Solche Schwingungen sind insbesondere Drehzahl- und/oder Drehlastschwingungen. Die hieraus resultierenden Geräusche und Vibrationen führen zu subjektiv wahrnehmbaren Einbußen an Geräusch- und Fahrkomfort. Zur Dämpfung solcher Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sind aus dem Stand der Technik Drehschwingungsdämpfer bekannt, wie z. B. Zweimassenschwungräder. Durch die Kombination eines solchen Drehschwingungsdämpfers mit einem dynamischen Schwingungstilger, wie insbesondere einer Fliehkraftpendeleinrichtung, kann die Dämpfungswirkung deutlich verbessert werden.
Eine solche Fliehkraftpendeleinrichtung umfasst wenigstens eine Pendelmasse, bevorzugt mehrere Pendelmassen, die bspw. mittels von Laufrollen oder dgl. an einer rotierenden Trägerscheibe aufgehängt sind und entlang vorgegebener Pendelbahnen eine Relativbewegung zu dieser Trägerscheibe ausführen können, um hierbei einen variablen Abstand zur Rotationsachse der Trägerscheibe einzunehmen. Eine solche Pendelmasse wird auch als Fliehkraftpendel oder bifilare Pendelmasse bezeichnet. Als Folge der Schwingungen im Antriebsstrang werden die Pendelmassen zum Pendeln bzw. Schwingen angeregt, wobei sich deren Schwerpunkte permanent und zeitversetzt zu den Schwingungen im Antriebsstrang verändern, was mittels mechanischer Rückkopplung eine Dämpfung der Schwingungen im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs bewirkt. Die Dämpfungswirkung kann durch entsprechende Abstimmung der Pendelmassen und/oder deren Pendelbahnen angepasst werden.
Die Verminderung von Schwingungen in Wellen mittels Pendelmassen ist bspw. in der Patentschrift DE 597091 beschrieben. Fliehkraftpendeleinrichtungen sind bspw. aus den Patentschriften DE 10 2006 028 556 A1 und DE 10 2006 028 552 A1 derselben Anmelderin bekannt.
Ein häufiges Problem im Stand der Technik ist die Anregung mit niederfrequenten Schwingungen im Zugbetrieb, insbesondere beim Stufenübergang. Derzeit werden diese niederfrequen ten Schwingungen durch Modifikationen der Übertragungskennlinien des Zweimassenschwungrades abgefangen, bspw. durch Verschieben des Übergangspunktes einer mehrstufigen Kennlinie. Jedoch führt dies teilweise zu grundlegenden Veränderungen der Eigenschaften des Zweimassenschwungrades, wodurch sich beispielsweise dessen Übertragungsverhalten beim Start bzw. beim Anfahren verschlechtern kann. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Motorenkennlinien anzupassen. Solche Modifikationen der Motorkennlinien können jedoch nur von den Motorherstellern vorgenommen werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine universelle Fliehkraftpendeleinrichtung mit einer verbesserten Dämpfungswirkung bereitzustellen, die insbesondere auch zur Dämpfung niederfrequenter Schwingungen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst von einer Fliehkraftpendeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hiervon abhängigen Ansprüche. Ein Zweimassenschwungrad mit einer solchen Fliehkraftpendeleinrichtung ist Gegenstand eines nebengeordneten Anspruches. Bevorzugte Verwendungen dieser Fliehkraftpendeleinrichtung sind Gegenstand weiterer nebengeordneter Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Fliehkraftpendeleinrichtung zur Anordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine Pendelmasse, die an einer rotierenden Trägerscheibe aufgehängt bzw. angeordnet ist und entlang wenigstens einer vorgegebenen Pendelbahn eine Relativbewegung zu der Trägerscheibe ausführen kann, wobei an der Trägerscheibe wenigstens eine Pendelmasse einer ersten Ordnung und wenigstens eine Pendelmasse einer weiteren Ordnung aufgehängt bzw. angeordnet sind.
Bevorzugt wird ein Optimum zwischen den Pendelmassen der verschiedenen Ordnungen bestimmt. Ein solches Optimum dient bspw. der Vermeidung einer Unwucht.
Unter der Ordnung einer Pendelmasse kann im Rahmen der Erfindung eine Anregungsordnung verstanden werden. Die Anregungsordnung ist hierbei als Anzahl der Anregungszyklen pro Umdrehung der Kurbelwelle definiert.
Unter der Ordnung einer Pendelmasse kann im Rahmen der Erfindung bevorzugt auch eine Abstimmungsordnung verstanden werden. Unter der Abstimmungsordnung einer Pendelmasse versteht man das Verhältnis zwischen deren Eigenfrequenz und der Drehgeschwindigkeit des Körpers, an dem diese aufgehängt bzw. montiert ist, d. h. der rotierenden Trägerscheibe. Dies kann mathematisch bzw. kinematisch-physikalisch wie folgt beschrieben werden:

n: der Abstimmungsordnung;
λ_P: der Eigenfrequenz der Pendelmasse, und
φ .: der Drehgeschwindigkeit der Trägerscheibe.

Der Wert für die Abstimmungsordnung kann mit dem Wert für die Anregungsordnung gemäß den obigen Ausführungen korrelieren.
Unter der Ordnung einer Pendelmasse kann insbesondere auch eine über die Pendelbahngeometrie geometrisch festgelegte Ordnung verstanden werden, wie bspw. in der DE 10 2006 028 552 A1 beschrieben.
Die erfindungsgemäße Fliehkraftpendeleinrichtung hat den Vorteil, dass eine Schwingungsdämpfung bei verschiedenen Frequenzen bzw. in verschiedenen Frequenzbereichen erfolgen kann. Die erfindungsgemäße Kombination von Fliehkraftpendeln verschiedener Ordnungen ist sowohl für die Dämpfung niederfrequenter Schwingungen als auch für die Dämpfung hochfrequenter Schwingungen geeignet. Hierdurch wird die Dämpfungswirkung im Gesamten deutlich verbessert, vor allem auch in niederfrequenten Bereichen. Dies ist insbesondere in Kombination mit einem Drehschwingungsdämpfer bzw. einem Zweimassenschwungrad vorteilhaft, da nunmehr keine oder nur noch eine geringe Anpassung der Übertragungskennlinien des Zweimassenschwungrades erforderlich ist und damit dessen Übertragungsverhalten weitgehend unbeeinflusst bleibt.
Die Trägerscheibe der erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung weist bzgl. ihrer Stirnseite bzw. Stirnfläche bevorzugt in etwa eine kreisringförmige Kontur auf. Hiermit sind eine radiale Richtung und eine Umfangsrichtung definiert. Als Pendelbahngeometrie für eine Pendelmasse ist eine Kreis-Pendelbahn oder eine Epizykloide-Pendelbahn bevorzugt. Insbesondere ist auch eine Bahnkorrektur vorgesehen. Kreis-Pendelbahnen können bevorzugt bei kleinen Schwingwinkeln einer Pendelmasse verwendet werden, während Epizykloide-Pendelbahnen bevorzugt bei größeren Schwingwinkeln verwendet werden können. Ferner sind auch asymmetrische Pendelbahnen möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass mehrere Pendelmassen einer gleichen Ordnung an der Trägerscheibe aufgehängt sind, wobei die Pendelmassen einer gleichen Ordnung eine identische Pendelbahn bzw. identische Pendelbahnen aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass an der Trägerscheibe wenigstens eine Pendelmasse einer ersten Ordnung und wenigstens eine Pendelmasse einer zweiten Ordnung aufgehängt sind. Die vorgeschlagene Fliehkraftpendeleinrichtung erhält somit zwei Ordnungen, die auch als Hauptordnung und als Nebenordnung bzw. Niederordnung bezeichnet werden können.
Eine Hauptordnung kann bspw. über die Anregungsordnung bestimmt werden, gemäß den obigen Ausführungen. Das heißt z. B., dass die Hauptordnung einer Pendelmasse für einen gängigen Vier-Zylinder-Verbrennungsmotor eine Ordnung 2-ten Grades ist, die sich aus vier Zündungen pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle ergibt. Eine Nebenordnung ist dabei bevorzugt eine Ordnung höheren Grades, bspw. 4-ten Grades, deren Amplituden relativ groß sein können und daher für den Fahrer bemerkbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Vielzahl von Pendelmassen erster Ordnung und eine Vielzahl von Pendelmassen zweiter Ordnung vorgesehen sind, die an der Trägerscheibe in einer Umfangsrichtung abwechselnd aufgehängt sind. Bevorzugt sind diese Pendelmassen entlang einer im Wesentlichen gleichen Umfangslinie, d. h. mit gleichem radialen Abstand zur Rotationsachse, angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass jeweils zwei Pendelmassen der gleichen Ordnung gegenüberliegend an der Trägerscheibe angeordnet sind. Mit gegenüberliegend ist hier bzgl. der Umfangsrichtung ein Winkelversatz von 180° zueinander gemeint. Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass die gegenüberliegenden bzw. gegeneinanderstehenden Pendelmassen und insbesondere auch deren Pendelbahnen identisch ausgebildet sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest an einer Stirnseite der Trägerscheibe zwei Pendelmassen der ersten Ordnung und zwei Pendelmassen der zweiten Ordnung aufgehängt sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung hiervon ist vorgesehen, dass die beiden Pendelmassen einer gleichen Ordnung an derselben Stirnseite der Trägerscheibe gegenüberliegend aufgehängt sind. Mit gegenüberliegend ist hier wiederum ein Winkelversatz von 180° zueinander gemeint.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Pendelmassen der ersten Ordnung zu den Pendelmassen der zweiten Ordnung in einer Umfangsrichtung um jeweils 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Auch hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass diese Pendelmassen entlang einer im Wesentlichen gleichen Umfangslinie angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Pendelmassen einer Ordnung jeweils paarweise und spiegelsymmetrisch an der Vorderseite und der Hinterseite der Trägerscheibe aufgehängt sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Trägerscheibe gleichfalls als Flansch für ein Zweimassenschwungrad hergerichtet ist, welcher das Drehmoment von den Bogenfedern abgreift und auf ein Sekundärschwungrad überträgt. Hierdurch kann das Übertragungsverhaltendes Zweimassenschwungrades signifikant verbessert werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Drehschwingungsdämpfer, insbesondere ein Zweimassenschwungrad, zur Anordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Primärschwungmasse und eine Sekundärschwungmasse, wobei eine Drehmomentenübertragung von der Primärschwungmasse auf die Sekundärschwungmasse mittels von schwingungsdämpfenden Bogenfedern und einem drehfest mit der Sekundärschwungmasse verbundenen Flansch erfolgt, und wobei der Flansch als Trägerscheibe für eine Fliehkraftpendeleinrichtung gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche ausgebildet bzw. hergerichtet ist.
Der Flansch wirkt mit den Bogenfedern des Zweimassenschwungrades zusammen und greift bevorzugt mittels von radial abstehenden Flügeln an den Bogenfederenden an.
Bevorzugt ist die Primärschwungmasse als Primärschwungscheibe bzw. Primärschwungrad und die Sekundärschwungmasse als Sekundärschwungscheibe bzw. Sekundärschwungrad ausgebildet.
Bevorzugt ist die Verwendung einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung zur Schwingungsdämpfung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Bevorzugt ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung in einem Zweimassenschwungrad.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Figur erläutert. Die Figur zeigt das Ausführungsbeispiel der Fliehkraftpendeleinrichtung in der axialen Draufsicht.
Die Fliehkraftpendeleinrichtung ist insgesamt mit 1 bezeichnet. Die Rotationsachse erstreckt sich senkrecht zur Bildebene und ist mit 2 bezeichnet. Die Fliehkraftpendeleinrichtung 1 umfasst eine Trägerscheibe 3, die in der dargestellten axialen Draufsicht in etwa eine kreisringförmige Kontur aufweist. Die Trägerscheibe 3 weist an ihrem Außenumfang zwei gegenüberliegende Lappen bzw. Flügel 4 auf, welche mit den Bogenfedern eines nicht gezeigten Zwei massenschwungrades zusammenwirken können. Demnach ist die Trägerscheibe 3 gleichfalls als Flansch in einem Zweimassenschwungrad vorgesehen. Über die Bohrungen 5 kann eine drehfeste Verbindung zu einer Sekundärschwungmasse bzw. Sekundärschwungscheibe hergestellt werden. Die Fliehkraftpendeleinrichtung 1 ist somit für die sekundärseitige Anordnung vorgesehen.
An der Trägerscheibe 3 sind im Bereich des Außenumfangs vier Pendelmassen 7A und 7B angeordnet. Die Pendelmassen 7A und 7B sind mittels von Laufrollen 8 und hierzu korrespondierenden Kurvenbahnen bzw. Langlöcher 9 in den Pendelmassen 7A und 76, sowie Kurvenbahnen 10 in der Trägerscheibe 3, relativ beweglich zur Trägerscheibe 3 aufgehängt und können somit schwingen bzw. pendeln. Durch die Laufrollen-Kurvenbahn-Führungen sind den Pendelmassen 7A und 7B Bewegungsbahnen bzw. Pendelbahnen sowie Schwingwinkel vorgegeben. Anstelle solcher Laufrollen-Kurvenbahn-Führungen können auch andere Führungen vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß weisen die Pendelmassen 7A und 7B eine unterschiedliche Ordnung auf. Die beiden Pendelmassen 7A gehören zu einer ersten Ordnung bzw. Hauptordnung und die beiden Pendelmassen 7B gehören zu einer zweiten Ordnung bzw. Nebenordnung oder Niederordnung. Diese Zuordnung kann jedoch auch umgekehrt sein. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise die Dämpfungswirkung der Fliehkraftpendeleinrichtung 1 deutlich verbessert werden, vorzugsweise im niederfrequenten Schwingungsbereich und insbesondere hinsichtlich unterschiedlicher Schwingungsfrequenzen.
Die Pendelmassen 7A und 7B sind an derselben Stirnseite der Trägerscheibe 3 angeordnet bzw. aufgehängt. Die beiden Pendelmassen 7A der ersten Ordnung sind gegenüberliegend, d. h. in Umfangsrichtung um 180° versetzt zueinander angeordnet. Selbiges gilt für die beiden Pendelmassen 7B der zweiten Ordnung. Die jeweils gegenüberliegenden bzw. gegeneinanderstehenden Pendelmassen 7A und deren Pendelbahnen sind identisch, d. h., diese weisen dieselbe Masse und dieselbe Geometrie auf. Selbiges gilt für die Pendelmassen 7B. Zwischen den einzelnen Pendelmassen 7A und 7B ist in Umfangsrichtung jeweils ein Winkelabstand bzw. Winkelversatz von in etwa 90° gegeben.

1: Fliehkraftpendeieinrichtung
2: Rotationsachse
3: Trägerscheibe; Flansch
4: Flügel, Lappen (an der Trägerscheibe)
5: Bohrung(en)
7A: Pendelmasse (1. Ordnung/Hauptordnung)
7B: Pendelmasse (2. Ordnung/Niederordnung)
8: Laufrollen (einschl. Laufrollenbolzen); Trägerrolle
9: Kurvenbahn (in Pendelmasse)
10: Kurvenbahn (in Trägerscheibe)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 597091 [0004]
- DE 102006028556 A1 [0004]
- DE 102006028552 A1 [0004, 0013]

Claims

Fliehkraftpendeleinrichtung (1) zur Anordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens eine Pendelmasse, die an einer rotierenden Trägerscheibe (3) aufgehängt ist und entlang wenigstens einer vorgegebenen Pendelbahn eine Relativbewegung zu der Trägerscheibe (3) ausführen kann, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerscheibe (3) wenigstens eine Pendelmasse (7A) einer ersten Ordnung und wenigstens eine Pendelmasse einer weiteren Ordnung aufgehängt sind.
Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pendelmassen einer gleichen Ordnung an der Trägerscheibe aufgehängt sind, wobei die Pendelmassen einer gleichen Ordnung eine identische Pendelbahn aufweisen.
Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerscheibe (3) wenigstens eine Pendelmasse (7A) einer ersten Ordnung und wenigstens eine Pendelmasse (7B) einer zweiten Ordnung aufgehängt ist.
Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Pendelmassen (7A) erster Ordnung und eine Vielzahl von Pendelmassen (7B) zweiter Ordnung vorgesehen ist, die an der Trägerscheibe (3) in einer Umfangsrichtung abwechselnd aufgehängt sind.
Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Pendelmassen (7A, 7B) der gleichen Ordnung gegenüberliegend an der Trägerscheibe (3) angeordnet sind.
Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer Stirnseite der Trägerscheibe (3) zwei Pendelmassen (7A) der ersten Ordnung und zwei Pendelmassen (7B) der zweiten Ordnung aufgehängt sind.
Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pendelmassen (7A, 7B) einer gleichen Ordnung an derselben Stirnseite der Trägerscheibe (3) gegenüberliegend aufgehängt sind.
Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelmassen (7A) der ersten Ordnung zu den Pendelmassen (7B) der zweiten Ordnung in einer Umfangsrichtung um jeweils 90° zueinander versetzt angeordnet sind.
Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelmassen (7A, 7B) einer Ordnung jeweils paarweise und spiegelsymmetrisch an der Vorderseite und der Hinterseite der Trägerscheibe (3) aufgehängt sind. 10 Fliehkraftpendeleinrichtung (1) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerscheibe (3) gleichfalls als Flansch für ein Zweimassenschwungrad hergerichtet ist, welcher das Drehmoment von den Bogenfedern abgreift und auf ein Sekundärschwungrad überträgt.
Zweimassenschwungrad zur Anordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Primärschwungmasse und eine Sekundärschwungmasse, wobei eine Drehmomentenübertragung von der Primärschwungmasse auf die Sekundärschwungmasse mittels von schwingungsdämpfenden Bogenfedern und einem drehfest mit der Sekundärschwungmasse verbundenen Flansch erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch als Trägerscheibe für eine Fliehkraftpendeleinrichtung (1) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Verwendung einer Fliehkraftpendeleinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Schwingungsdämpfung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Verwendung einer Fliehkraftpendeleinrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Zweimassenschwungrad.