DE102011082482A1

DE102011082482A1 - Fliehkraftpendel

Info

Publication number: DE102011082482A1
Application number: DE201110082482
Authority: DE
Inventors: Tobias Ernst
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Pendelflansch und mehreren über den Umfang verteilten, an diesem verschwenkbar aufgenommenen Pendelmassen. Um bei langsam drehendem oder stehendem Pendelflansch die über der Drehachse stehenden Pendelmassen an ihrer Position zu halten, ist zwischen Pendelmassen und Pendelflansch eine nach radial außen auf die Pendelmassen wirksame Magnetverbindung vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Pendelflansch und mehreren über den Umfang verteilten, an diesem verschwenkbar aufgenommenen Pendelmassen.
Zur Reduzierung von Drehschwingungen wie Torsionsschwingungen von Brennkraftmaschinen mit über den Drehwinkel ungleicher Verbrennung, beispielsweise infolge mehrerer nacheinander zündender Zylinder, werden ausschließlich oder mit anderen Drehschwingungsdämpfern wie Zweimassenschwungräder und dergleichen sogenannte Fliehkraftpendel eingesetzt, die einen meist koaxial zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine um eine Drehachse drehenden Pendelflansch aufweisen, an dem mehrere, über den Umfang verteilte Pendelmassen verschwenkbar aufgenommen sind. Diese Pendelmassen werden durch Fliehkraft des drehenden Pendelflansches bedingt nach radial außen beschleunigt und führen im Feld der Zentrifugalbeschleunigung Schwingungen auf vorgegebenen Bahnen aus, wenn sie durch Drehzahlungleichförmigkeiten angeregt werden. Durch diese Schwingungen wird der Erregerschwingung zu passenden Zeiten Energie entzogen und wieder zugeführt, so dass es zu einer Beruhigung der Erregerschwingung kommt. Hierbei wirkt das Fliehkraftpendel als Drehschwingungstilger. Da sowohl die Eigenfrequenz der Fliehkraftpendelschwingung als auch die Erregerfrequenz proportional zur Drehzahl sind, kann eine drehschwingungstilgende Wirkung eines Fliehkraftpendels drehzahladaptiv über den gesamten Frequenzbereich der von einer Brennkraftmaschine erzeugten Drehschwingungen erzielt werden.
Hierbei wandern infolge der vorgegebenen Bahnen der Pendelmassen bei Auslenkung aus der neutralen Lage die Masseschwerpunkte der Pendelmasse nach radial innen in Richtung Drehachse und es ergibt sich aufgrund der Fliehkraft und der Neigung der vorgegebenen Bahn eine rückstellende Wirkung der Masseschwerpunkte und damit der Pendelmasse in die neutrale Lage, als in radial nach außen verlängerter Position der Pendelpunkte der Pendelmassen. Sind die vorgegebenen Bahnen so gestaltet, dass sich der Masseschwerpunkt auf einer Kreisbahn bewegt, herrscht – was die Zunahme der rückstellenden Kraft mit steigender Auslenkung angeht – eine vollständige Analogie zwischen Fliehkraftpendel und einem einfachen Fadenpendel. Alternativ können die Bahnen so ausgebildet sein, dass diese einer bifilaren Aufhängung der Pendelmassen gleichen.
Voraussetzung für eine gewünschte Tilgerwirkung ist neben einer Vorgabe von Wirkradius und Pendellänge zur Abstimmung auf die Erregerordnung des Erregers wie Brennkraftmaschine eine Mindestmasse der Pendelmassen sowie ein vorgegebener Schwingwinkel der Masseschwerpunkte der Pendelmassen. Soll ein Fliehkraftpendel beispielsweise auf einer Kupplungsscheibe angebracht werden, können aufgrund der gegebenen Einbauverhältnisse die Masse der Pendelmasse und die Schwingwinkel begrenzt sein, so dass mit Anschlägen für die Pendelmassen gearbeitet werden muss, die den Bauraum begrenzen. Hierbei kann die angestrebte Tilgerwirkung beeinträchtigt werden.
Neben dort auftretenden Anschlaggeräuschen bei hohen Schwingwinkeln im regulären Tilgerbetrieb können Anschlaggeräusche auftreten, wenn unter Schwerkrafteinfluss bei niedrigen Drehzahlen des Pendelflansches die vorübergehend über der Drehachse des Pendelflansches befindlichen Pendelmassen von einer radial äußeren Bahn nach radial innen an einen Anschlag oder an gegenüberliegende Anschlagsbegrenzungen fallen oder wenn Start und Stopp des Motors, schnelles Einkuppeln oder hohe Drehungleichförmigkeiten maximale Beschleunigungen der Pendelmassen bewirken. Weiterhin können Anschlaggeräusche auftreten, wenn während eines Stopps der Brennkraftmaschine beispielsweise bei Drehzahlen kleiner 150 U/min die auf die Pendelmassen wirkende Fliehkraft nicht mehr ausreicht, um die Pendelmassen auf ihrer Bahn zu halten. Hierbei dreht sich der Pendelflansch mit geringer Drehzahl weiter und die Pendelmassen beziehungsweise die zwischen Laufbahnen der Pendelmassen und des Pendelflansches angeordneten Rollen können aufgrund ihrer unkontrollierten Bahnbewegung in Umfangsrichtung auf Anschläge des Pendelflanschs treffen und entsprechende Geräusche verursachen.
Zur Dämpfung dieser Anschlaggeräusche werden gewöhnlich Elastomerelemente eingesetzt, die beim Anschlag der Pendelmassen einen Anteil der kinetischen Energie aufnehmen und dadurch das Geräusch reduzieren. Die Lebensdauer von Elastomerelementen bei erhöhter Umgebungstemperatur ist eingeschränkt. Darüberhinaus kann hochenergetisches Anschlagen zu einer Beschädigung der Elastomerelemente führen. Bei anschließender Beschleunigung des Pendelflansches können die Pendelmassen anschließend wieder an ihre Gleichgewichtsposition unter Fliehkraft, beispielsweise nach radial außen beschleunigt werden und wiederum Anschlaggeräusche verursachen.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Fliehkraftpendel vorzuschlagen, das insbesondere bei langsam drehendem stehendem Pendelflansch mit zumindest verringerten Anschlaggeräuschen der Pendelmassen an dem Pendelflansch auskommt.
Die Aufgabe wird durch ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Pendelflansch und mehreren über den Umfang verteilten, an diesem verschwenkbar aufgenommenen Pendelmassen gelöst, wobei zwischen Pendelmassen und Pendelflansch eine nach radial außen auf die Pendelmassen wirksame Magnetverbindung vorgesehen ist. Durch die Magnetverbindung, welche zumindest die Schwerkraft der Pendelmassen überwindet, bleiben die über der Drehachse angeordneten Pendelmassen an ihrer während anstehender Fliehkraft vorgesehenen Position. Beispielsweise können die Pendelmassen mittels Wälzkörpern an den Pendelflansch aufgenommen sein, wobei die Wälzkörper auf Laufbahnen abwälzen, die zur Ausbildung einer Pendelbewegung entsprechend in Ausschnitten des Pendelflansches und der Pendelmassen eingebracht sind.
Die Magnetverbindung umfasst zumindest einen Magneten und einen Gegenmagneten oder einen weichmagnetischen Abschnitt. Bei der Ausführung des zumindest einen Magneten und eines mit diesem magnetisch wirksam koppelbaren weichmagnetischen Abschnitts kann der zumindest eine Magnet dem Pendelflansch und der weichmagnetische Abschnitt den Pendelmassen zugeordnet sein. Beispielsweise kann an den Pendelmassen zumindest ein auf einen radial außerhalb angeordneten, bevorzugt einteilig in den Pendelflansch integrierten Flanschabschnitt wirksamer Magnet angeordnet sein. Alternativ kann der zumindest eine Magnet in den Pendelflansch eingelegt und radial gegen Fliehkraft abgestützt sein, wobei an den zugeordneten Pendelmassen ein entsprechender Pendelmassenabschnitt vorgesehen ist, der weichmagnetisch ausgebildet ist.
Als besonders vorteilhaft für den Einsatz einer Magnetverbindung haben sich Fliehkraftpendel erwiesen, bei denen beidseitig des Pendelflansches gegenüberliegend Pendelpaare bildende Pendelmassen angeordnet sind, wobei jeweils gegenüberliegende Pendelmassen mittels eines Verbindungselements, beispielsweise einer Bolzenverbindung mit einem zentralen, in einem Ausschnitt des Pendelflansches verlagerbaren und gegebenenfalls einen Anschlag für die Pendelmassen an dem Pendelflansch bildenden Verbindungsblock und/oder mehrere in Umfangsrichtung der Pendelmassen angeordneten Bolzenverbindungen, miteinander verbunden sind. Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Magnetverbindung zwischen dem Pendelflansch und dem Verbindungselement wirksam angeordnet ist, wobei der zumindest eine Magnet an dem Verbindungselement und/oder gegenüber an dem Pendelflansch angeordnet sein kann.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Magnetverbindung in radialer Verlängerung zu einem Masseschwerpunkt der Pendelmassen, also beispielsweise mittig zwischen zwei Schwenklagern mit entsprechenden Ausschnitten und Wälzkörpern zur verschwenkbaren Lagerung einer Pendelmasse oder eines Pendelmassenpaars an dem Pendelflansch angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Ansicht eines Fliehkraftpendels mit den Pendelmassen zugeordneten Magneten
und
2 eine Teilansicht eines Fliehkraftpendels mit dem Pendelflansch zugeordneten Magneten.
1 zeigt das Fliehkraftpendel 1 mit dem um die Drehachse 2 verdrehbaren Pendelflansch 3 mit den über den Umfang verteilten beidseitig des Pendelflansches 3 mittels der Verbindungselemente 5 zu Pendelmassenpaaren verbundenen Pendelmassen 4, welche der Übersicht halber nur teilweise dargestellt ist. Die Pendelmassen 4 beziehungsweise Pendelmassenpaare sind mittels jeweils zweier in Umfangsrichtung beabstandeter, den Masseschwerpunkt der Pendelmassen 4 zwischen sich aufnehmender Schwenklager 6 verschwenkbar an dem Pendelflansch aufgenommen. Die Schwenklager 6 sind mittels der Wälzkörper 7 gebildet, welche zur Vorgabe der Pendelbewegung in entsprechend ausgebildeten Ausschnitten 8, 9 abwälzen. Die Verbindungselemente 5 verlagern sich dabei in dem Ausschnitt 10, wobei eine Anschlagsbegrenzung der Pendelmassen 4 durch entsprechende Auswahl des Ausschnitts 10 und dem Verbindungselement 5, das über entsprechende Elastomerelemente verfügen kann, ausgebildet sein kann. An den Verbindungselementen 5 der Pendelmassenpaare der sich gegenüber stehenden Pendelmassen 4 ist der gegen Fliehkraft in dem Verbindungselement 5 gesicherte Magnet 12 aufgenommen, der die zwischen Pendelmassen 4 und dem Flanschabschnitt 13 des Pendelflansches nach radial außen wirksame Magnetverbindung 11 ausbildet.
Kommt der Pendelflansch 3 zum Stehen oder dreht mit langsamer Drehzahl, überwiegt die auf die oberhalb der Drehachse 2 befindlichen Pendelmassen 4 wirkende Schwerkraft gegenüber der Fliehkraft. Um einen geräuschbehafteten Rückfall der Pendelmassen 4 insbesondere während Start/Stopp-Vorgängen eines mit dem Fliehkraftpendel 1 ausgestatteten Antriebsstrangs in Höhe des Spiels zwischen den Ausschnitten 8, 9 zu verhindern, übernimmt die Magnetverbindung 11 den Ausfall der Fliehkraft und fixiert die Pendelmassen radial außen und vermeidet damit eine Geräuschbildung.
2 zeigt eine gegenüber dem Fliehkraftpendel 1 der 1 alternative Ausführungsform in Form des Fliehkraftpendels 1a in Teilansicht bei weggelassener Pendelmasse. Die gegenüberliegende, vom Pendelflansch 3a verdeckte Pendelmasse 4a ist gestrichelt dargestellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Magnet 12a im Bereich der radial äußeren Wandung 14 des Ausschnitts 10a zur Bildung der nach radial außen wirksamen Magnetverbindung 11a aufgenommen und wirkt auf den weichmagnetischen Pendelmassenabschnitt 15 des Zwischenblechs 16 des die sich gegenüberliegenden Pendelmassen 4a verbindenden Verbindungselements 5a. Als Anschlagpuffer zur Begrenzung des durch die Schwenklager 6a eingestellten Schwingwinkels der Pendelmassen 4a gegenüber dem Pendelflansch 3a ist an dem Zwischenblech 16 der Gummipuffer 17 vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Fliehkraftpendel
1a: Fliehkraftpendel
2: Drehachse
3: Pendelflansch
3a: Pendelflansch
4: Pendelmasse
4a: Pendelmasse
5: Verbindungselement
5a: Verbindungselement
6: Schwenklager
6a: Schwenklager
7: Wälzkörper
8: Ausschnitt
9: Ausschnitt
10: Ausschnitt
10a: Ausschnitt
11: Magnetverbindung
11a: Magnetverbindung
12: Magnet
12a: Magnet
13: Flanschabschnitt
14: Wandung
15: Pendelmassenabschnitt
16: Zwischenblech
17: Gummipuffer

Claims

Fliehkraftpendel (1, 1a) mit einem um eine Drehachse (2) verdrehbar angeordneten Pendelflansch (3, 3a) und mehreren über den Umfang verteilten, an diesem verschwenkbar aufgenommenen Pendelmassen (4, 4a), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Pendelmassen (4, 4a) und Pendelflansch (3, 3a) eine nach radial außen auf die Pendelmassen (4, 4a) wirksame Magnetverbindung (11, 11a) vorgesehen ist.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Pendelmassen (4) zumindest ein auf einen radial außerhalb angeordneten Flanschabschnitt (13) wirkender Magnet (12) angeordnet ist.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Pendelflansches (3) jeweils einander gegenüberliegende Pendelmassen (4) mittels eines Verbindungselements (5) verbunden sind und der zumindest eine Magnet (12) an dem Verbindungselement (5) angeordnet ist.
Fliehkraftpendel (1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Pendelflansch (3a) zumindest ein auf jeweils einen Pendelmassenabschnitt (15) wirksamer Magnet (12a) angeordnet ist.
Fliehkraftpendel (1a) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Pendelflansches (3a) jeweils einander gegenüberliegende Pendelmassen (4a) mittels eines Verbindungselements (5a) verbunden sind und der zumindest eine Magnet (12a) auf einen an dem Verbindungselement (5a) angeordneten Pendelmassenabschnitt (15) wirksam ist.
Fliehkraftpendel (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetverbindung (11, 11a) in radialer Verlängerung zu einem Masseschwerpunkt der Pendelmassen (4, 4a) angeordnet ist.
Fliehkraftpendel (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetverbindung (11, 11a) mittig zwischen die Pendelmassen (4, 4a) an dem Pendelflansch (3, 3a) aufnehmenden Schwenklagern (6, 6a) angeordnet ist.