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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fliehkraftpendel zum Einsatz in einem Antriebsstrang an Bord eines Kraftfahrzeugs.
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Ein Antriebsstrang an Bord eines Kraftfahrzeugs überträgt ein Drehmoment zwischen einem Antriebsmotor und Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs. Üblicherweise umfasst der Antriebsstrang zusätzlich ein Getriebe und eine trennbare Kupplung. An einer oder mehreren Stellen des Antriebsstrangs kann zusätzlich ein Fliehkraftpendel vorgesehen sein, um Drehungleichförmigkeiten, die beispielsweise seitens der Antriebsräder oder seitens des Antriebsmotors, insbesondere falls dieser einen Hubkolbenmotor umfasst, in den Antriebsstrang eingetragen sein können, zu tilgen. Ein Fliehkraftpendel umfasst üblicherweise einen Pendelflansch, der um eine Drehachse gelagert ist, und eine Pendelmasse, die am Pendelflansch in der Drehebene verschiebbar angebracht ist. Der Pendelflansch ist mit einem Element des Antriebsstrangs gekoppelt, das sich um die Drehachse dreht. Ist dieser Drehbewegung eine Ungleichförmigkeit, insbesondere in Form einer Beschleunigung oder Verzögerung, überlagert, so wird die Pendelmasse am Pendelflansch entlang einer Pendelbahn verschoben, wobei sich ein effektiver Abstand der Pendelmasse gegenüber der Drehachse ändert. Dadurch kann kurzfristig Energie aufgenommen und wieder abgegeben werden, sodass die Ungleichförmigkeit getilgt werden kann. Insbesondere bei periodischen Ungleichförmigkeiten kann das Fliehkraftpendel für eine gute Beruhigung des Antriebsstrangs sorgen.
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Bei bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors kann das Fliehkraftpendel auf eine Weise beansprucht werden, die seine Langlebigkeit und seine Fähigkeit, Ungleichförmigkeiten zu tilgen, beeinträchtigen kann. Wird der Verbrennungsmotorbeispielsweise angelassen oder angehalten, so können starke Drehmomentschwankungen bei extrem niedrigen Drehzahlen auftreten. Auch wenn eine Kupplung im Antriebsstrang geöffnet wird, beispielsweise, um einen eingelegten Gang des Getriebes zu wechseln, können starke Drehbeschleunigungen beziehungsweise -verzögerungen auf das Fliehkraftpendel wirken. Die Pendelmasse kann dadurch hart an einen Anschlag ihrer Pendelbahn anschlagen. Sind mehrere Pendelmassen auf einem Umfang um die Drehachse verteilt vorgesehen, können die Pendelmassen gegenseitig aneinanderschlagen. Das Anschlagen kann zu einer Geräuschbelästigung und langfristig zu einer Deformation oder Zerstörung der Pendelmasse oder eines benachbarten Bauelements führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Fliehkraftpendelanzugeben, das unempfindlicher gegenüber starken Drehbeschleunigungen in bestimmten Betriebszuständen ist. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fliehkraftpendel mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Fliehkraftpendel umfasst einen Pendelflansch, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist, eine Pendelmasse, die in der Drehebene verschiebbar am Pendelflansch angebracht ist, und eine druckgesteuerte Betätigungseinrichtung zur Bereitstellung einer axialen Anpresskraft, um die Funktion der Pendelmassezu ermöglichen oder zu sperren.
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Durch Manipulation eines Drucks, vorzugsweise eines Fluids, kann das Fliehkraftpendel faktisch ein- und ausgeschaltet werden. Nähert sich das Fliehkraftpendel einem Betriebszustand, in dem übermäßige Beschleunigungen oder Verzögerungen um die Drehachse zu erwarten sind, so kann das Fliehkraftpendel vorsorglich abgeschaltet werden. Ein Anschlagen der Pendelmasse an einem benachbarten Element des Fliehkraftpendels kann dadurch verhindert sein. Dadurch können weniger Geräusche emittiert werden und das Fliehkraftpendel kann eine verlängerte Lebensdauer aufweisen.
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Es sind grundsätzlich zwei Varianten denkbar, die auch miteinander kombiniert werden können. Eine erste Variante sieht ein Antriebselement vor, wobei auf der Basis der Anpresskraft ein Reibschluss zwischen dem Antriebselement und dem Pendelflansch gesteuert wird. Das Antriebselement ist üblicherweise um die Drehachse drehbar gelagert und kann beispielsweise eine Nabe umfassen. Wird der Pendelflansch axial gegen das Antriebselement gedrückt, so entsteht eine Reibkraft beziehungsweise ein Reibschluss in Umfangsrichtung zwischen dem Antriebselement und dem Pendelflansch und der Pendelflansch wird auf die Drehzahl des Antriebselements beschleunigt. In dieser Stellung kann das Fliehkraftpendel normal arbeiten. Wird die axiale Anpresskraft zurückgenommen, so wird der Reibschluss aufgehoben beziehungsweise die Reibungskraft zwischen dem Antriebselement und dem Pendelflansch verringert, sodass der Pendelflansch durch Drehzahlschwankungen des Antriebselements nicht oder nur sehr wenig in Umfangsrichtung beschleunigt wird. In dieser Stellung der Betätigungseinrichtung ist das Fliehkraftpendel effektiv abgeschaltet.
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In einer zweiten Variante ist ein Dämpfungselement vorgesehen, wobei eine axiale Anpresskraft des Dämpfungselements an die Pendelmasse gesteuert wird. Die Anpresskraft wirkt also zwischen dem Dämpfungselement und der Pendelmasse. Mit steigender Anpresskraft steigt auch eine Reibungskraft zwischen dem Dämpfungselement und der Pendelmasse, sodass die Pendelmasse weniger leicht gegenüber dem Pendelflansch bewegt werden kann. Ist die axiale Anpresskraft ausreichend groß, so kann die Pendelmasseüberhaupt nicht mehr gegenüber dem Pendelflansch verschoben werden. In dieser Stellung ist das Fliehkraftpendel praktisch abgeschaltet. Mit nachlassender axialer Anpresskraft sinkt auch die Reibungskraft zwischen dem Dämpfungselement und der Pendelmasse, sodass sich die Pendelmasse verbessert beziehungsweise frei gegenüber dem Pendelflansch bewegen kann. In dieser Stellung des Dämpfungselements kann das Fliehkraftpendel normal arbeiten.
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Es ist weiter bevorzugt, dass die Betätigungseinrichtung hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird. Dazu umfasst die Betätigungseinrichtung einen Zylinder und einen Kolben, die einen Arbeitsraum definieren, der mit einem Fluid versehen ist, sodass die axiale Stellung des Kolbens durch den Druck des Fluids im Arbeitsraum steuerbar ist. Eine derartige Betätigungseinrichtung kann die oben beschriebene axiale Anpresskraft ungeachtet der Drehung des Pendelflanschs oder des Antriebselements um die Drehachse gut übermitteln. Der Druck beziehungsweise das Volumen des Fluids im Arbeitsraum können leicht durch ein Element gesteuert werden, das die Drehbewegung nicht vollführt. Außerdem kann durch Wahl eines geeigneten Querschnitts des Kolbens und einer Druckveränderung die axiale Anpresskraft gut gesteuert werden.
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In einer Ausführungsform erhöht ein steigender Druck im Arbeitsraum die axiale Anpresskraft der Betätigungseinrichtung. In einer anderen Ausführungsform verringert ein steigender Druck im Arbeitsraum die axiale Anpresskraft der Betätigungseinrichtung. Die gewählte Ausführungsformkann davon abhängig gemacht werden, ob beispielsweise aus anderer Quelle ein hoher oder ein niedriger Fluiddruck bereitgestellt wird, wenn das Fliehkraftpendel abgestellt werden soll.
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Optional ist eine Feder zur Bereitstellung einer Vorspannkraft vorgesehen, wobei die Feder den Kolben in den Zylinder drückt. Die Betätigungseinrichtung kann dadurch mittels Variation des Fluiddrucks in beiden Richtungen, also zur Erhöhung und zur Verringerung der Anpresskraft, verwendet werden.
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In einer alternativen Ausführungsform, die mit der letztgenannten Ausführungsform mit der Feder kombinierbar ist, sind ein zweiter Zylinder und ein zweiter Kolben vorgesehen, die einen zweiten Arbeitsraum definieren, der mit einem Fluid versehen ist, sodass die axiale Stellung des zweiten Kolbens durch den Druck des Fluids im zweiten Arbeitsraum steuerbar ist. Dabei wirken die beiden Kolben in unterschiedlichen axialen Richtungen auf die Betätigungseinrichtung. Ein Druckverhältnis der Fluide in den beiden Arbeitsräumen kann dann genutzt werden, um die axiale Anpresskraft zu steuern. Dazu ist es bevorzugt, dass beide Kolben gleiche wirksame Oberflächen aufweisen. Asymmetrische Ausführungsformen sind jedoch auch möglich.
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In einem Antriebsstrang, insbesondere an Bord eines Kraftfahrzeugs, kann das Fliehkraftpendel zusammen mit der hydraulischen Betätigungseinrichtung vorteilhaft verwendet werden, da eine oder mehrere Fluidquellen vorliegen können, die mit dem Arbeitsraum – oder dem zweiten Arbeitsraum – verbunden werden können, um den Fluiddruck zu erhöhen. Dazu zählen ein hydraulischer Arbeitsraum einer Wandlerüberbrückungskupplung, ein hydraulischer Arbeitsraum einer Getriebekupplung, ein hydraulischer Arbeitsraum eines Kupplungsausrücksystems für eine trocken oder nass laufende Kupplung, ein radial außen liegender Bereich eines um die Drehachse drehbaren Behälters für Fluid, einen Kanal für einen Volumenstrom von Fluid innerhalb des Behälters, ein hydraulischer Arbeitsraum eines Strömungsgetriebes oder eine Fluidpumpe. Manche dieser Fluidquellen stellen einen Fluiddruck bereit, dessen Höhe damit korreliert, ob das Fliehkraftpendel abgeschaltet werden soll oder nicht. Wie oben beschrieben ist, kann alternativ ein hoher oder ein niedriger Druck zum Abschalten des Fliehkraftpendels verwendet werden.
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In einer Ausführungsform kann das Fluid ein Gas umfassen. Es ist jedoch bevorzugt, dass das Fluid ein Öl umfasst. Das Öl kann beispielsweise zu Kraftübertragungs-, Betätigungs- oder Kühlzwecken im Bereich des Fliehkraftpendels oder eines Antriebsstrangs, in dem das Fliehkraftpendel angeordnet ist, vorliegen. Außerdem kann eine hydraulische Betätigung genauer steuerbar sein als eine pneumatische.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 einen Längsschnitt durch zwei Fliehkraftpendel;
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2 und 3 Längsschnitte durch Betätigungseinrichtungen für ein Fliehkraftpendel nach 1 in einer ersten Variante und
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4 und 5 Längsschnitte durch Betätigungseinrichtungen für ein Fliehkraftpendel nach 1 in einer zweiten Variante
darstellen.
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1 zeigt einen Längsschnitt durch zwei Fliehkraftpendel 100. In beiden dargestellten Ausführungsformen ist jeweils um eine Drehachse 105 ein Pendelflansch 110 drehbar gelagert. In exemplarischer Weise erfolgt eine Krafteinleitung in dem Pendelflansch 110 zur Drehung des Pendelflanschs 110 um die Drehachse 105 mittels eines Antriebselements 115, das in beiden Fällen als Nabe ausgeführt ist. Eine Pendelmasse 120 ist in der Drehebene um die Drehachse 105 verschiebbar am Pendelflansch 110 angebracht. Die Verschiebbarkeit wird üblicherweise mittels Bolzen oder Rollen nach der Art einer Kulissenführung hergestellt. Dadurch ergibt sich für die Pendelmasse 120 am Pendelflansch 110 eine vorbestimmte Pendelbahn.
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In der links dargestellten Ausführungsform ist nur ein Pendelflansch 110 vorgesehen. Die Pendelmasse 120 umfasst zwei Pendelelemente 125, die auf unterschiedlichen axialen Seiten des Pendelflanschs 110 liegen.
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In der rechts dargestellten Ausführungsform sind zwei Pendelflansche 110 vorgesehen, wobei die Pendelmasse 120 axial zwischen den beiden Pendelflanschen 110 liegt. In dieser Ausführungsform umfasst die Pendelmasse 120 nur ein Pendelelement 125.
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Dreht sich der Pendelflansch 110 um die Drehachse 105, so bewirkt eine Drehbeschleunigung oder -verzögerung eine Auslenkung der Pendelmasse 120 entlang seiner Pendelbahn, wodurch ein Abstand des Massenschwerpunkts der Pendelmasse 120 von der Drehachse 105 verändert wird. Dadurch kann Drehenergie aufgenommen oder abgegeben werden.
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Es wird vorgeschlagen, eine druckgesteuerte Betätigungseinrichtung vorzusehen, um eine axiale Anpresskraft bereitzustellen, um die Funktion des Fliehkraftpendels 100 beziehungsweise die Beweglichkeit der Pendelmasse 120 zu erlauben oder zu verhindern. Dazu sind zwei grundsätzliche Varianten möglich, die in einer Ausführungsform auch miteinander kombiniert werden können. In einer ersten Variante, zu derAusführungsformen in den 2 und 3 dargestellt sind, steuert die Anpresskraft eine Drehmomentübertragung zwischen dem Antriebselement 115 und dem Pendelflansch 110. In einer zweiten Variante, zu der in 4 und 5 Ausführungsformen dargestellt sind, wird die Anpresskraft verwendet, um eine Beweglichkeit der Pendelmasse 120 gegenüber dem Pendelflansch 110 zu dämpfen beziehungsweise zu bremsen.
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2 zeigt eine Betätigungseinrichtung 200 für ein Fliehkraftpendel 100 nach 1 in einer ersten Ausführungsform der ersten Variante. Obwohl die Betätigungseinrichtung 200 zur Betätigung mittels eines beliebigen Fluids, also alternativ eines Gases oder einer Flüssigkeit, geeignet sein kann, wird im Folgenden exemplarisch davon ausgegangen, dass das Fluid eine Flüssigkeit und insbesondere ein Öl umfasst.
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Ein Arbeitsraum 205 ist gebildet durch einen Zylinder 210, der mittels eines Kolbens 215 fluiddicht abgeschlossen ist. Vorliegend wird der Zylinder 210 durch Abschnitte des Pendelflanschs 110 und des Antriebselements 115 gebildet. Der Kolben 215 ist durch einen weiteren Abschnitt des Antriebselements 115 gebildet. Eine Zuführung 220 zum Arbeitsraum 205 erlaubt es, einen Druck beziehungsweise ein Volumen eines Fluids 225 im Arbeitsraum 205 zu steuern. Optional kann der Kolben 215 gegenüber dem Zylinder 210 mittels eines oder mehrerer Dichtelemente 230 abgedichtet sein.
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Eine optionale Feder 235, die in der dargestellten Ausführungsform als Lamellenfeder ausgeführt ist, komprimiert die Kolben-Zylinder-Anordnung derart, dass der Kolben 215 in den Zylinder 210 gepresst wird, sodass der Arbeitsraum 205 verkleinert wird. Um den Pendelflansch 110 in der dargestellten Ausführungsform entgegen der Kraft der Feder 235 zu betätigen, ist der Druck beziehungsweise das Volumen des Fluids 225 im Arbeitsraum 205 zu erhöhen. Wird der Druck verringert, so verkleinert sich der Arbeitsraum 205 durch die Kraft der Feder 235 und Fluid 225 wird aus dem Arbeitsraum 205 durch die Zuführung 220 verdrängt.
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Axial zwischen dem Pendelflansch 110 und dem Antriebselement 115 ist optional ein Reibelement 240 vorgesehen. In der dargestellten, exemplarischen Ausführungsform ist das Reibelement 240 innerhalb des Arbeitsraums 205 aufgehoben. Das Reibelement 240 ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment zwischen dem Antriebselement 115 und dem Pendelflansch 110 zu übermitteln, falls es einer ausreichenden axialen Anpresskraft zwischen den beiden Elementen ausgesetzt ist. Diese Anpresskraft kann durch die Feder 235 aufgebracht werden, wenn der hydraulische Druck aus dem Arbeitsraum 205 entweicht. Dann entsteht ein Reibschluss zwischen dem Antriebselement 115 und dem Pendelflansch 110 und das Fliehkraftpendel 100 aus 1 arbeitet normal. Wird der hydraulische Druck im Arbeitsraum 205 erhöht, wird der Reibschluss zwischen dem Pendelflansch 110 und dem Antriebselement 115 gelöst und das Fliehkraftpendel 100 ist effektiv abgeschaltet.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der ersten Variante. Hier wird die Kraft- beziehungsweise Drehmomentübertragung zwischen dem Pendelflansch 110 und dem Antriebselement 115 mit steigendem Druck im Arbeitsraum 205 hergestellt und mit fallendem Druck gelöst. Eine Feder 235 ist in 3 nicht dargestellt, kann jedoch beispielsweise radial innerhalb des optionalen Reibelements 240 vorgesehen sein. In der dargestellten Ausführungsform ist der Zylinder 210 gebildet durch einen Abschnitt des Pendelflanschs 110 und einen Abschnitt des Antriebselements 115, während der Kolben 215 durch ein zusätzliches Element gebildet ist.
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In den Ausführungsformen der 2 und 3 kann eine Rückstellung des Kolbens 215 in den Zylinder 210 auch dadurch erreicht werden, dass anstelle einer Feder 235 eine weitere hydraulische Betätigungseinrichtung vorgesehen wird, die einen weiteren Zylinder 210, einen weiteren Kolben 215 und einen weiteren Arbeitsraum 205 umfasst. Die beiden Betätigungseinrichtungen wirken dann bevorzugterweise in unterschiedlichen axialen Richtungen auf den Pendelflansch 110.
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4 zeigt eine erste Ausführungsform einer Betätigungseinrichtung 200 nach der zweiten Variante. Hier ist ein steigender hydraulischer Druck im Arbeitsraum 205 erforderlich, um einen normalen Betrieb des Fliehkraftpendels 100 zu ermöglichen.
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In dieser Variante ist ein Dämpfungselement 245 vorgesehen, das in Abhängigkeit des Fluiddrucks im Arbeitsraum 205 axial in Eingriff mit der Pendelmasse 120 gebracht werden kann. Diese Vorgehensweise ist für beide Ausführungsformen des Fliehkraftpendels 100 von 1 durchführbar. Ist nur ein Pendelflansch 110 vorgesehen, so erfolgt der Eingriff zum Dämpfungselement 245 bevorzugterweise an einer axialen Seite eines Pendelelements 125. Ist eine Ausführungsform mit zwei Pendelflanschen 110 gewählt, so kann der Eingriff zum Dämpfungselement 245 auch über eine Rolle oder einen Bolzen stattfinden, der die Pendelmasse 120 gegenüber den Pendelflanschen 110 lagert. Zum axialen Eingriff kann jeweils optional ein Reibelement 240 vorgesehen sein.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform der zweiten Variante. Hier ist ein steigender Druck im Arbeitsraum 205 erforderlich, um das Fliehkraftpendel 100 effektiv abzuschalten. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform wieder eine Feder 235 vorgesehen ist, um den Arbeitsraum 205 unter eine Vorspannung zu setzen beziehungsweise zu verkleinern, ist hier wie auch in der Ausführungsform von 4 auch ein alternativer Mechanismus mit einem weiteren Zylinder 210, einem weiteren Kolben 215 und einem weiteren Arbeitsraum 205 möglich, die eine vergleichbare axiale Stellkraft auf das Dämpfungselement 245 ausüben.
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Um die axiale Anpresskraft aufzubringen, die die Funktion der Pendelmasse 120 des Fliehkraftpendels 100 ermöglicht beziehungsweise verhindert, muss der Druck beziehungsweise das Volumen des Fluids 225 im Arbeitsraum 205 gesteuert werden. Dazu kann beispielsweise eine dedizierte Pumpe verwendet werden. Andere Ausführungsformen umfassen einen hydraulischen Aktuator mit einem weiteren Zylinder und einem weiteren Kolben oder ein steuerbares Ventil zum Steuern des Drucks beziehungsweise des Volumens des Fluids 225 im Arbeitsraum 205.
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Es ist jedoch besonders bevorzugt, den Arbeitsraum 205 mit einer Fluidquelle zu verbinden, die im Bereich des Fliehkraftpendels 100 bereits vorliegen kann. Beispielsweise kann der Arbeitsraum 205 oder der nicht dargestellte zweite Arbeitsraum mit einem hydraulischen Arbeitsraum einer Wandlerüberbrückungskupplung, einer Getriebekupplung oder eines Kupplungsausrücksystems für eine trocken oder nass laufende Kupplung verbunden werden. Alternativ kann die Verbindung auch zu einem radial außen liegenden Bereich eines um die Drehachse 105 drehbaren Behälters für Fluid 225 hergestellt werden. Dieser Behälter kann insbesondere ein Gehäuse für das Fliehkraftpendel 100 und/oder weitere Elemente im Kraftfluss eines Antriebsstrangs umfassen. Der Behälter kann auch nur teilweise mit Fluid 225 gefüllt sein. Rotiert der Behälter schnell genug, so stellt sich ein dynamischer Fluiddruck im Außenbereich ein, der zur Betätigung der Betätigungseinrichtung 200 ausreichen kann. Ein solcher hydraulischer Druck wird auch Fliehöldruck genannt und tritt häufig an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer Nasskupplung auf. Weiter kann ein hydraulischer Arbeitsraum eines Strömungsgetriebes, insbesondere eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers, Fluid mit dem Arbeitsraum 205 verbunden werden, um den erforderlichen hydraulischen Druck zur Betätigung der Betätigungseinrichtung 200 aufzubringen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann auch ein beliebiger anderer Volumenstrom von Fluid 225 im Bereich des Fliehkraftpendels 100 oder einer benachbarten Einrichtung angezapft werden.
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Es ist bevorzugt, dass das druckgesteuerte Ermöglichen und Sperren der Funktion der Pendelmasse 120 durch passende Wahl einer bestehenden Fluidquelle, deren fluider Druck oder dessen fulider Volumenstrom bevorzugterweise drehzahlabhängig variiert, keiner weiteren Steuerung bedarf. In einer weiteren Ausführungsform kann jedoch noch ein Steuerelement wie ein Ventil oder eine Drossel vorgesehen sein, um einen Strom von Fluid 225 in den oder aus dem Arbeitsraum 205 zu steuern. Bevorzugt ist ein passives Steuerelement, es kann jedoch auch eine aktive Steuerung mittels eines aktiven Steuerelements wie eines elektrisch ansteuerbaren Ventils vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fliehkraftpendel
- 105
- Drehachse
- 110
- Pendelflansch
- 115
- Antriebselement (Nabe)
- 120
- Pendelmasse
- 125
- Pendelelement
- 200
- Betätigungseinrichtung
- 205
- Arbeitsraum
- 210
- Zylinder
- 215
- Kolben
- 220
- Zuführung
- 225
- Fluid
- 230
- Dichtelement
- 235
- Feder
- 240
- Reibelement
- 245
- Dämpfungselement
