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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Fliehkraftpendel mit einem Dämpfungselement zum Abbremsen einer Pendelmasse gegenüber einem Pendelflansch am Ende einer Pendelbahn.
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In einem Antriebsstrang, beispielsweise an Bord eines Kraftfahrzeugs, kann ein Fliehkraftpendel dazu verwendet werden, eine Ungleichförmigkeit, die einer Drehbewegung überlagert ist, zu verringern. Dazu umfasst das Fliehkraftpendel üblicherweise einen Pendelflansch, der um eine Drehachse drehbar angeordnet ist, und eine Pendelmasse, die in der Drehebene verschiebbar am Pendelflansch angebracht ist. Die Bewegung der Pendelmasse in der Drehebene ist üblicherweise auf eine Pendelbahn beschränkt, die eine maximale Verschiebung der Pendelmasse entlang der Drehrichtung des Pendelflanschs begrenzt.
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Unter bestimmten Umständen kann die Pendelmasse gegen einen Anschlag der Pendelbahn schlagen und dadurch Geräusche verursachen oder eine Lebensdauer des Fliehkraftpendels reduzieren. Ist der Antriebsstrang beispielsweise mit einem Hubkolben-Verbrennungsmotor verbunden, so kann eine starke oszillatorische Bewegung der Pendelmasse um die Drehachse bei niedrigen Drehzahlen und gleichzeitig hohem Drehmoment bewirkt werden.
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Auch beim Anlassen oder Abstellen des Verbrennungsmotors kann es zu Anschlägen der Pendelmassen kommen.
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Üblicherweise werden elastische Elemente dazu eingesetzt, die Bewegung der Pendelmasse am Ende der Pendelbahn abzufedern. Um trotzdem einen möglichst großen Anteil der Pendelbahn ungefedert für das Fliehkraftpendel nutzen zu können, versucht man, den Federweg am Ende der Pendelbahn möglichst kurz zu halten. Dementsprechend werden steife elastische Elemente verwendet, sodass starke Beschleunigungen und Geräuschentwicklungen nicht optimal reduziert werden können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fliehkraftpendel anzugeben, bei dem die Pendelmasse am Ende der Pendelbahn gegenüber dem Pendelflansch verbessert abgebremst werden kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels des Fliehkraftpendels mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Fliehkraftpendel umfasst einen Pendelflansch, eine Pendelmasse, die entlang einer Pendelbahn verschiebbar am Pendelflansch angebracht ist, und ein elastisches Element zum Abfedern der Pendelmasse gegenüber dem Pendelflansch an einem Ende der Pendelbahn. Dabei ist das elastische Element mit einem hydraulischen Dämpfer parallelgeschaltet.
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Durch die parallele Verwendung des elastischen Elements mit einem hydraulischen Dämpfer kann die Pendelmasse auf einem kurzen Weg verbessert abgebremst werden. Insbesondere kann eine schnell auftreffende Pendelmasse stärker abgebremst werden als eine langsam auftreffende. Eine Geräuschentwicklung kann dadurch reduziert werden. Das Abbremsen der Pendelmasse kann vergleichsweise schonend erfolgen, sodass eine Lebensdauer des Fliehkraftpendels gesteigert sein kann.
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Bevorzugterweise umfasst der Dämpfer einen hydraulischen Arbeitsraum, in dem das elastische Element aufgenommen ist.
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Dadurch kann einerseits eine leichter handhabbare Einheit aus Dämpfer und elastischem Element bereitgestellt sein, andererseits kann ein hydraulisches Fluid des Dämpfers im hydraulischen Arbeitsraum das elastische Element schmieren, kühlen oder reinigen. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei einem „nasslaufenden“ Fliehkraftpendel, das in einer Umgebung mit einer Flüssigkeit läuft, bevorzugt. Die Flüssigkeit der Umgebung und das hydraulische Fluid können das gleiche Medium umfassen.
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Es ist bevorzugt, dass der hydraulische Dämpfer zwei Becherelemente umfasst, die teleskopartig ineinandergeschoben werden können, wobei Bodenseiten der Becherelemente axiale Enden des hydraulischen Dämpfers bilden. Auf der Innenseite der Becherelemente ist dann der hydraulische Arbeitsraum gebildet, in den das hydraulische Fluid hinein- oder aus ihm herausströmen kann. Die Becherelemente können einfach und kostengünstig hergestellt werden, sodass der hydraulische Dämpfer ebenfalls kostengünstig bereitgestellt werden kann. Eine hydraulische Dichtigkeit zwischen den Becherelementen kann mit einfachen produktionstechnischen Mitteln für den angegebenen Zweck ausreichend hoch sein.
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In einer Ausführungsform weist die Bodenseite eines der Becherelemente eine Öffnung zum Durchtritt von hydraulischem Fluid auf. Die Öffnung kann so dimensioniert werden, dass das Fluid beim Komprimieren des Dämpfers zwischen dem Pendelflansch und der Pendelmasse mit kontrollierter Geschwindigkeit fließt, sodass ein vorbestimmtes Abbremsverhalten der Pendelmasse realisiert werden kann.
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Die Öffnung kann der Pendelmasse zugewandt und dazu eingerichtet sein, von der Pendelmasse wenigstens teilweise verschlossen zu werden. Das Ausströmen von Fluid aus dem hydraulischen Dämpfer kann durch die wenigstens teilweise versperrte Öffnung langsamer erfolgen als das Einströmen, wenn die Pendelmasse nicht im Bereich der Öffnung liegt. Durch das Positionieren der Öffnung im Bereich der anschlagenden Pendelmasse kann auf einfache Weise eine Drossel mit veränderlichem Querschnitt gebildet sein. Durch das schnellere Einströmen von Fluid kann der Dämpfer beschleunigt wieder in eine arbeitsfähige Stellung zurückgestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Bodenseite des anderen Becherelements eine weitere Öffnung zum Durchtritt von hydraulischem Fluid auf. Dadurch kann das Füllen des hydraulischen Arbeitsraums mit Fluid durch beide Öffnungen schneller erfolgen als das Entleeren durch nur eine der Öffnungen und gegebenenfalls einen verbleibenden Restquerschnitt der anderen Öffnung, wenn an dieser die Pendelmasse anliegt.
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Das Fliehkraftpendel kann noch eine zweite Pendelmasse umfassen, die auf einem Umfang um eine Drehachse des Pendelflanschs benachbart zur ersten Pendelmasse angebracht ist. Dabei ist der Dämpfer bevorzugterweise derart am Pendelflansch angebracht, dass er mit unterschiedlichen axialen Enden in Eingriff mit den beiden Pendelmassen gehen kann. Anders ausgedrückt, kann der Dämpfer auf einem Umfang um die Drehachse des Pendelflanschs zwischen zwei Pendelmassen liegen, wobei er alternativ zwischen dem Pendelflansch und der ersten Pendelmasse oder zwischen der zweiten Pendelmasse und dem Pendelflansch komprimiert werden kann. Dadurch kann eine hydraulische Dämpfung beider Pendelmassen, jeweils in einer Richtung, realisiert sein. Außerdem können die beiden Pendelmassen mittels des Dämpfers davor geschützt werden, gegeneinanderzuschlagen. In diesem Fall kann eine Kompression des Dämpfers zwischen den beiden Pendelmassen erfolgen.
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Es ist bevorzugt, dass axiale Längen der Becherelemente so gewählt sind, dass die axiale Länge des Dämpfers auf ein vorbestimmtes Minimum begrenzt ist. Dadurch kann ein Längenanschlag des hydraulischen Dämpfers gebildet sein. Das elastische Element, das zum hydraulischen Dämpfer parallelgeschaltet ist, kann auf diese Weise vor übermäßiger Kompression wirksam geschützt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das elastische Element eine Schraubenfeder, wobei die Bodenseite des Becherelements um die Öffnung herum axial nach innen gebogen ist, um eine radial innere Anlage für die Schraubenfeder zu bilden. Dabei ist die Bodenseite bevorzugterweise axial ins Innere des hydraulischen Arbeitsraums gebogen. Die radiale Sicherung der Schraubenfeder kann so an einer Stelle erfolgen, die konstruktiv nicht für einen anderen Zweck, beispielsweise zur Aufnahme einer der Pendelmassen, benötigt wird. Es ist bevorzugt, dass das radial außen liegende Becherelement auf die beschriebene Weise geformt ist, sodass verhindert werden kann, dass die Schraubenfeder an ihrem axialen Ende, an dem sie nicht an der radialen Innenseite des radial innen liegenden Becherelements geführt ist, sich derart axial zwischen die Becherelemente legt, dass deren relative Kompression beeinträchtigt oder behindert ist.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine axiale Ansicht eines Fliehkraftpendels;
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2 einen Querschnitt durch das Fliehkraftpendel von 1;
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3 einen Längsschnitt durch einen Teil des Fliehkraftpendels der 1 und 2 und
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4 einen Längsschnitt durch einen Dämpfer des Fliehkraftpendels der vorangehenden Figuren
darstellt.
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Die folgenden Figuren zeigen eine rein exemplarische, bevorzugte Ausführungsform eines Fliehkraftpendels mit einer Kombination aus einem elastischen Element und einem hydraulischen Dämpfer zum Abbremsen einer Pendelmasse gegenüber einem Pendelflansch. Von besonderem Interesse ist dabei der hydraulische Dämpfer, gegebenenfalls in Kombination mit dem elastischen Element. Das Fliehkraftpendel kann auch eine beliebige andere als die dargestellte Bauform aufweisen, beispielsweise mit axial außen liegenden Pendelmassen und nur einem Pendelflansch, mit einer geänderten Anzahl Pendelmassen usw.
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1 und 2 zeigen ein exemplarisches Fliehkraftpendel 100 zur Verringerung von Ungleichförmigkeiten bzw. Beschleunigungen oder Oszillationen, die einer Drehbewegung um eine Drehachse 105 überlagert sein können. Das Fliehkraftpendel 100 ist insbesondere zum Einsatz in einem Antriebsstrang, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, vorgesehen. Der Antriebsstrang kann mit einem Antriebsmotor des Hubkolbenprinzips verbunden sein.
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Das Fliehkraftpendel 100 umfasst wenigstens einen Pendelflansch 110, der um die Drehachse 105 drehbar gelagert ist. Am Pendelflansch 110 sind in einem radialen Abstand von der Drehachse 105 eine oder mehrere Pendelmassen 115 in der Drehebene verschiebbar angebracht. Die Beweglichkeit einer Pendelmasse 115 ist eingeschränkt auf eine Pendelbahn 120, die in bzw. gegen die Drehrichtung des Pendelflanschs 110 jeweils ein Ende aufweist. Die Lagerung der Pendelmasse 115 am Pendelflansch 110 erfolgt üblicherweise mittels einer oder mehrerer Pendelrollen 125, die axial durch zueinander korrespondierende Aussparungen im Pendelflansch 110 und in der Pendelmasse 115 verlaufen.
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Zum Abbremsen einer Pendelmasse 115 im Bereich eines Endes seiner Pendelbahn 120 ist ein Anschlagelement 130 vorgesehen. Das Anschlagelement 130 umfasst ein elastisches Element 135 und einen hydraulischen Dämpfer 140, die zueinander parallelgeschaltet sind. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform sind das elastische Element 135 und der hydraulische Dämpfer 140 miteinander integriert bzw. ineinander gekapselt ausgeführt, es sind jedoch auch diskrete bzw. verteilte Ausführungsformen möglich.
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Das Anschlagelement 130 weist eine Längsachse 145 auf, bezüglich derer seine Elemente im Folgenden genauer beschrieben werden. Das Anschlagelement 130 bzw. seine Einzelelemente, das elastische Element 135 und der hydraulische Dämpfer 140, sind bevorzugterweise in einem fensterförmigen axialen Durchbruch im Pendelflansch 110 derart gehalten, dass seine axialen Enden in bzw. gegen Umfangsrichtung an einer Begrenzung des Pendelflanschs 110 anliegen.
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3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Anschlagelements 130 am Fliehkraftpendel 100 der Ausführungsform, die in den 1 und 2 gezeigt ist. Das in 3 gezeigte Anschlagelement 130 ist dabei am Fliehkraftpendel 100 verbaut, während in 4 das Anschlagelement 130 allein dargestellt ist.
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Das Anschlagelement 130 umfasst das elastische Element 135, das bevorzugt als Schraubenfeder, insbesondere als zylindrische Schraubenfeder ausgebildet ist, und den hydraulischen Dämpfer 140, der einen hydraulischen Arbeitsraum 150 aufweist. Der Arbeitsraum 150 ist zur Aufnahme eines hydraulischen Fluids 155 vorgesehen, wobei der Dämpfer 140 bevorzugterweise von Fluid 155 umgeben ist, um den Arbeitsraum 150 bei Bedarf wieder mit Fluid anzufüllen. In der vorliegenden, bevorzugten Ausführungsform umfasst der Dämpfer 140 ein erstes Becherelement 160 mit einer Bodenseite 165, die bevorzugterweise eine erste Öffnung 170 trägt, und ein zweites Becherelement 175 mit einer Bodenseite 180, die bevorzugterweise eine zweite Öffnung 185 trägt. Die Becherelemente 160 und 175 sind teleskopartig ineinandergesteckt, wobei ihre Bodenseiten 165 und 180 voneinander entfernt liegen. Durchmesser der Becherelemente 160 und 175 sind so gewählt, dass die einander anliegenden Becherelemente 160 und 175 ausreichend fluiddicht gegeneinander abschließen. Eine gewisse, vorbestimmte Leckage kann dabei in Kauf genommen werden, sodass eine separate Dichtung zwischen den Becherelementen 160 und 175 üblicherweise nicht erforderlich ist. Im hydraulischen Arbeitsraum 150, der mit Bezug auf die Längsachse 145 axial zwischen den Bodenseiten 165 und 180 und radial durch Wände der Becherelemente 160 bzw. 175 begrenzt ist, ist das als Schraubenfeder ausgebildete elastische Element 135 koaxial aufgenommen. Ein axiales Ende des elastischen Elements 135 liegt an der Innenseite der Bodenseite 165 des ersten Becherelements 160 und das andere an der Innenseite der Bodenseite 180 des zweiten Becherelements 175 an. Axiale Längen der Becherelemente 160 und 175 sind bevorzugterweise so gewählt, dass sie einerseits noch ausreichend dicht gegeneinander abschließen, wenn das elastische Element 135 entspannt ist, und andererseits ein axiales Komprimieren des Anschlagelements 130 begrenzt ist. Die axiale Länge des Dämpfers 140 kann insbesondere so begrenzt sein, dass einzelne Windungen des elastischen Elements 135 nicht oder nur mit einer vorbestimmten maximalen Kraft aneinander anliegen können.
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Das elastische Element 135 kann zusätzlich radial im Dämpfer 140 fixiert werden, indem im Bereich der Öffnung 170, die zum radial außen liegenden ersten Becherelement 160 korrespondiert, die Bodenseite 165 axial nach innen, also in den hydraulischen Arbeitsraum 150 bzw. in Richtung der Bodenseite 180 des zweiten Becherelements 175 gezogen ist. Dadurch kann sich in Form eines Kragens 190 eine radiale Anlagefläche bilden, um das elastische Element 135 an einem seiner axialen Enden radial abzustützen. Dadurch kann verhindert werden, dass eine Windung oder ein Abschnitt des elastischen Elements 135 in einen Bereich axial zwischen der Innenseite des Bodens 165 des ersten Becherelements 160 und einer Stirnseite der Wandung des zweiten Becherelements 180 gelangt und so ein Einschieben des zweiten Becherelements 175 in das erste Becherelement 160 behindert.
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Der Dämpfer 140 ist bevorzugterweise so am Pendelflansch 110 angebracht, dass ein Strömen von Fluid 155 durch eine der Öffnungen 170 bzw. 185 ermöglicht ist. Schlägt die Pendelmasse 115 in 3, bezogen auf die Längsachse 145 des Dämpfers 140, beispielsweise gegen das rechte Ende des Dämpfers 140, so wird der Dämpfer 140 zwischen der Pendelmasse 115 und dem Pendelflansch 110 axial komprimiert. Dem wirken die Federkraft des elastischen Elements 135 und eine Dämpfungskraft entgegen, die von einem Strom hydraulischen Fluids 155 durch eine der Öffnungen 170 oder 185 bestimmt ist. Bevorzugterweise ist der Dämpfer 140, wie in 3 dargestellt ist, symmetrisch am Pendelflansch 110 angebracht, sodass auch eine Pendelmasse 115, die auf einem Umfang um die Drehachse 105 des Pendelflanschs 110 bezüglich der erstgenannten Pendelmasse 115 benachbart ist, an der anderen axialen Seite an dem Dämpfer 140 anschlagen kann, um diesen gegenüber dem Pendelflansch 110 zu komprimieren. Dabei wirken entsprechende Widerstandskräfte. In einer Ausführungsform ist es auch möglich, den hydraulischen Dämpfer 140 zwischen zwei benachbarten Pendelmassen 115 zu komprimieren.
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Eine der Öffnungen 170, 185 kann so gestaltet sein, dass eine an den hydraulischen Dämpfer 140 axial anschlagende Pendelmasse 115 die Öffnung 170, 185 zumindest teilweise abdeckt. Der Strom von Fluid 155 durch diese Öffnung 170, 185 kann dadurch reduziert sein, sodass die Dämpfungskraft erhöht sein kann. Entfernt sich die Pendelmasse 115 später wieder vom Dämpfer 140, so kann die elastische Kraft des elastischen Elements 135 den Dämpfer 140 wieder expandieren, sodass der hydraulische Arbeitsraum 150 durch einen Strom von Fluid 155 durch wenigstens eine der Öffnungen 170, 185 wieder nachgefüllt wird. Der Strom von Fluid 155 in den Arbeitsraum 150 hinein kann, wenn die anschlagende Pendelmasse 115 die Öffnung 170, 185 inzwischen freigegeben hat, einen größeren Querschnitt ausnutzen als während der Kompression des Dämpfers 140 freigegeben war. Das Expandieren des Dämpfers 140 kann dadurch schneller erfolgen als das Komprimieren.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fliehkraftpendel
- 105
- Drehachse
- 110
- Pendelflansch
- 115
- Pendelmasse
- 120
- Pendelbahn
- 125
- Pendelrolle
- 130
- Anschlagelement
- 135
- elastisches Element
- 140
- hydraulischer Dämpfer
- 145
- Längsachse
- 150
- hydraulischer Arbeitsraum
- 155
- Fluid
- 160
- erstes Becherelement
- 165
- Bodenseite des ersten Becherelements
- 170
- erste Öffnung
- 175
- zweites Becherelement
- 180
- Bodenseite des zweiten Becherelements
- 185
- zweite Öffnung
- 190
- Kragen
