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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel zur Dämpfung von über eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten, mit deren Hilfe ein der Drehungleichförmigkeit entgegen gerichtetes Rückstellmoment erzeugt werden kann.
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Beispielsweise aus
DE 10 2008 059 297 A1 ist ein Fliehkraftpendel bekannt, bei dem eine über in entsprechenden Laufbahnen geführte Laufrollen relativ zu einem Trägerflansch verlagerbare Pendelmasse vorgesehen ist, die bei einer Drehzahlschwankung ein der Drehzahlschwankung entgegen gerichtetes Rückstellmoment zur Dämpfung der Drehzahlschwankung erzeugen kann.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Geräuschentwicklungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen geräuscharmen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Fliehkraftpendel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Fliehkraftpendel zur Dämpfung von über eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten vorgesehen mit einem um eine Drehachse drehbaren Trägerflansch, einer relativ zu dem Trägerflansch pendelbar an dem Trägerflansch geführten Pendelmasse zur Erzeugung eines der Drehungleichförmigkeit entgegen gerichteten Rückstellmoments und einem an dem Trägerflansch abgestützten Arretierelement zum reibschlüssigen Arretieren der Pendelmasse unterhalb eines Grenzradius.
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Die mindestens eine Pendelmasse des Fliehkraftpendels hat unter Fliehkrafteinfluss das Bestreben eine möglichst weit vom Drehzentrum entfernte Stellung anzunehmen. Die „Nulllage“ ist also die radial am weitesten vom Drehzentrum entfernte Stellung, welche die Pendelmasse in der radial äußeren Stellung einnehmen kann. Bei einer konstanten Antriebsdrehzahl und konstantem Antriebsmoment wird die Pendelmasse diese radial äußere Stellung einnehmen. Bei Drehzahlschwankungen lenkt die Pendelmasse aufgrund ihrer Massenträgheit entlang ihrer Pendelbahn aus. Die Pendelmasse kann dadurch in Richtung des Drehzentrums verschoben werden. Die auf die Pendelmasse wirkende Fliehkraft wird dadurch aufgeteilt in eine Komponente tangential und eine weitere Komponente normal zur Pendelbahn. Die tangentiale Kraftkomponente stellt die Rückstellkraft bereit, welche die Pendelmasse wieder in ihre „Nulllage“ bringen will, während die Normalkraftkomponente auf ein die Drehzahlschwankungen einleitendes Krafteinleitungselement, insbesondere eine mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors verbundene Schwungscheibe beispielsweise einer Primärmasse oder Sekundärmasse eines Zweimassenschwungrads, einwirkt und dort ein Gegenmoment erzeugt, das der Drehzahlschwankung entgegenwirkt und die eingeleiteten Drehzahlschwankungen dämpft. Bei besonders starken Drehzahlschwankungen kann die Pendelmasse also maximal ausgeschwungen sein und die radial am weitesten innen liegende Stellung annehmen. Die in dem Trägerflansch und/oder in der Pendelmasse vorgesehenen Bahnen weisen hierzu geeignete Krümmungen auf. Insbesondere ist mehr als eine Pendelmasse vorgesehen. Insbesondere können mehrere Pendelmassen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Die träge Masse der Pendelmasse und/oder die Relativbewegung der Pendelmasse zum Trägerflansch ist insbesondere zur Dämpfung eines bestimmten Frequenzbereichs von Drehungleichförmigkeiten, insbesondere einer Motorordnung des Kraftfahrzeugmotors, ausgelegt. Insbesondere ist mehr als eine Pendelmasse und/oder mehr als ein Trägerflansch vorgesehen. Beispielsweise ist der Trägerflansch zwischen zwei Pendelmassen und/oder zwischen zwei Masseelementen einer Pendelmasse angeordnet. Alternativ kann die Pendelmasse zwischen zwei Flanschteilen des Trägerflanschs aufgenommen sein, wobei die Flanschteile beispielsweise Y-förmig miteinander verbunden sind.
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Bei einer besonders starken Drehzahlschwankung kann es grundsätzlich vorkommen, dass die Pendelmasse mit so starken Schwingwinkeln auslenkt, dass Laufrollen, welche die Pendelmasse an dem Trägerflansch führen und in den in der Pendelmasse und in den in dem Trägerflansch vorgesehenen Bahnen laufen, an den Bahnenden der Bahnen anschlagen, wodurch unerwünschte Anschlaggeräusche auftreten können. Durch das Arretierelement kann jedoch rechtzeitig vor einem Anschlagen die Pendelmasse abgebremst und arretiert werden, so dass Anschlaggeräusche vermieden oder zumindest reduziert werden können. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, das ein drohendes Anschlagen bei besonders starken Drehzahlschwankungen mit einer Verlagerung der Pendelmasse nach radial innen korrespondiert und dadurch leicht ein Grenzradius definiert werden kann, ab dem mit einem Anschlagen zu rechnen ist. Wenn sich die Pendelmasse in einer radialen Position oberhalb des Grenzradius vergleichsweise weit radial außen befindet, ist das Arretierelement nicht wirksam, so dass die Drehschwingungsdämpfungswirkung des Fliehkraftpendels nicht beeinträchtigt ist. Erst wenn ein Anschlagen droht und durch Rückprallbewegungen der Pendelmasse nach einem Anschlagen sowieso eine beeinträchtigte Dämpfungswirkung zu befürchten ist, kann das Arretierelement bei einer Lageänderung der Pendelmasse unterhalb des Grenzradius die Pendelmasse zumindest abbremsen. Gleichzeitig kann das Arretierelement bei einem ausgeschalteten Kraftfahrzeugmotor, beispielsweise in einer Start/Stopp-Situation, ein schwerkraftbedingtes Herunterfallen der Pendelmasse abbremsen, so dass Anschlaggeräusche der Pendelmasse nach einem Ausschalten des Kraftfahrzeugmotors vermieden werden können. Die von dem Arretierelement festgehaltene Pendelmasse kann sich insbesondere unter Fliehkrafteinfluss von dem Arretierelement wieder selbständig lösen, so dass in einem Betriebsmodus, im dem keine Anschlaggeräusche zu befürchten sind, das Fliehkraftpendel seine reguläre Drehschwingungsdämpfungsfunktion wahrnehmen kann. Mit Hilfe des Arretierelements kann die Pendelmasse bei zu starken Drehungleichförmigkeit oder einem Anhalten des Fliehkraftpendels bei einem Absinken unterhalb des Grenzradius abgebremst und festgehalten werden, so dass Anschlaggeräusche vermieden werden können und ein geräuscharmer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Der Grenzradius ist der radiale Abstand des Masseschwerpunkts des Fliehkraftpendels zur Drehachse, bei dem das Arretierelement auf die Pendelmasse einwirken kann. Beispielsweise erfolgt bei einem Absinken der Pendelmasse auf den Grenzradius ein direkter Kontakt der Pendelmasse mit dem Arretierelement, so dass das Arretierelement beispielsweise mit einer Federkraft auf die Pendelmasse reibschlüssig einwirken kann. Beispielsweise verbleibt bei der Positionierung der Pendelmasse auf dem Grenzradius eine Wegstrecke s entlang einer in der Pendelmasse oder in dem Trägerflansch vorgesehenen Pendelbahn mit einer Gesamtlänge L bis zu einem Anschlagen der Laufrolle, wobei insbesondere 0,00 < s/L ≤ 0,10, vorzugsweise 0,005 ≤ s/L ≤ 0,08, weiter bevorzugt 0,01 ≤ s/L ≤ 0,05 und besonders bevorzugt 0,02 ≤ s/L ≤ 0,04 gilt. Dadurch kann rechtzeitig vor einem Anschlagen die Pendelmasse von dem Arretierelement abgebremst werden. Das Arretierelement ist insbesondere aus Metall, vorzugsweise Stahl, hergestellt. Ein elastomeres Material, dass insbesondere bei tiefen Temperaturen verspröden kann, kann dadurch vermieden werden. Die von der Pendelmasse auf das Arretierelement aufgebrachten Kräfte können durch die Abstützung des Arretierelements an den Trägerflansch an den Trägerflansch abgetragen werden. Hierzu kann das Arretierelement beispielsweise mit dem Trägerflansch befestigt sein.
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Insbesondere übt das Arretierelement bei einer Positionierung der Pendelmasse unterhalb des Grenzradius eine Bremsfederkraft mit einem Anteil in axialer Richtung auf die Pendelmasse aus. Die Bremsfederkraft kann dadurch eine für eine an der Pendelmasse angreifenden Reibungskraft relevante Normalkraft auf die Pendelmasse ausüben. Über den Verlauf der Bremsfederkraft in Abhängigkeit von der radialen Position der Pendelmasse kann leicht die an der Pendelmasse angreifende Reibungskraft eingestellt werden. Das Arretierelement kann dadurch beispielsweise die Pendelmasse in axialer Richtung gegen den Trägerflansch drücken und dadurch die Pendelmasse abbremsen. Vorzugsweise übt das Arretierelement bei einer Positionierung der Pendelmasse unterhalb des Grenzradius eine Federkraft nach radial außen auf die Pendelmasse auf, wodurch sich die Pendelmasse nach dem Abbremsen leichter von dem Arretierelement lösen kann.
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Vorzugsweise sind ein erstes Arretierelement zur Ausübung einer Bremsfederkraft mit einem Anteil in einer ersten axialen Richtung auf die Pendelmasse unterhalb des Grenzradius und ein zweites Arretierelement zur Ausübung einer Bremsfederkraft mit einem Anteil in einer der ersten axialen Richtung entgegen gesetzten zweiten axialen Richtung auf die Pendelmasse unterhalb des Grenzradius vorgesehen. Die Pendelmasse kann dadurch zwischen dem erstes Arretierelement und dem zweiten Arretierelement abgebremst werden, wodurch ein Reibkontakt mit dem Trägerflansch vermieden werden kann. Die Bremsfederkraft des ersten Arretierelements und die Bremsfederkraft des zweiten Arretierelements können hierzu aufeinander zu gerichtet sein. Dies bietet sich insbesondere bei einem Doppelflanschpendel an, bei dem die Pendelmasse in axialer Richtung zwischen zwei Flanschteilen des Trägerflanschs aufgenommen ist. Wenn die Pendelmasse an zwei Axialseiten eines mittleren Trägerflanschs aufgeteilt vorgesehen ist, ist insbesondere vorgesehen, dass jeweils mindestens ein Arretierelement an den Axialseiten des Trägerflanschs vorgesehen ist und die Bremsfederkräfte des ersten Arretierelements und des zweiten Arretierelements voneinander weg gerichtet sind.
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Besonders bevorzugt sind die von dem ersten Arretierelement ausübbare Bremsfederkraft und die von dem zweiten Arretierelement ausübbare Bremsfederkraft zur axialen Zentrierung der Pendelmasse im Wesentlichen gleich groß sind. Eine unnötige axiale Verlagerung der Pendelmasse während des Abbremsens kann dadurch vermieden werden, so dass unbeabsichtigte axiale Schleifkontakte, die gegebenenfalls zu Geräuschen führen, vermieden werden können.
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Insbesondere liegen das erste Arretierelement und das zweite Arretierelement zumindest bei einer Positionierung der Pendelmasse oberhalb des Grenzradius an einem Abstandshalter zur axialen Positionierung des ersten Arretierelements und des zweiten Arretierelements an. Der Abstandshalter kann insbesondere als ein zwischen zwei Flanschteilen des Trägerflanschs angeordneter in Umfangsrichtung umlaufender Ring ausgestaltet sein. Durch den Abstandshalter können die Arretierelemente auch dann in axialer Richtung definiert positioniert sein, wenn die Arretierelemente nicht auf die Pendelmasse einwirken. Beispielsweise können sich die Arretierelemente mit einer Federkraft an dem Abstandshalter abstützen, wodurch sich die Arretierelemente gleichzeitig gegen den Trägerflansch drücken können. Ein Klappern der Arretierelemente kann dadurch vermieden werden. Über die axiale Breite des Abstandshalters kann sehr genau eingestellt werden, bei welchem Grenzradius und ab welchem Schwingwinkel die Pendelmasse auf die Arretierelemente auflaufen kann.
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Vorzugsweise ist das Arretierelement als Tellerfeder ausgestaltet. Dadurch kann das Arretierelement bauraumsparend an dem Trägerflansch angebracht werden. Zudem kann das als Tellerfeder ausgestaltete Arretierelement bei einer Verlagerung der Pendelmasse nach radial innen über den Grenzradius hinaus sich aufstellen, wodurch sich eine Reibkontaktfläche zwischen dem tellerfederartigen Arretierelement und der Pendelmasse automatisch vergrößert. Dadurch kann sich eine entsprechend große radiale Strecke ergeben, entlang der die Pendelmasse allmählich abgebremst werden kann. Insbesondere erstreckt sich das tellerfederförmige Arretierelement in Umfangsrichtung umlaufend, so dass an jeder Stelle in Umfangsrichtung das Arretierelement wirken kann. Ein Losreißen der Tellerfeder unter Fliehkrafteinfluss kann dadurch vermieden werden. Zudem ist ein Aufweiten der Tellerfeder unter Fliehkrafteinfluss allenfalls vernachlässigbar, so dass eine hohe Drehzahlfestigkeit vorliegt.
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Besonders bevorzugt ist zumindest bei einer Positionierung der Pendelmasse oberhalb des Grenzradius ein radial innerer Kraftrand des Arretierelements in axialer Richtung näher an einem Masseschwerpunkt der Pendelmasse angeordnet als ein radial äußerer Kraftrand des Arretierelements. Dadurch kann eine zur Radialebene des Fliehkraftpendels angeschrägte Kontaktfläche ausgebildet sein, die auch eine Federkraft nach radial außen auf die Pendelmasse aufbringen kann.
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Insbesondere ist das Arretierelement von dem Trägerflansch unter Fliehkrafteinfluss in radialer Richtung formschlüssig zurückgehalten, wobei insbesondere das Arretierelement in dem Trägerflansch teilweise versenkt aufgenommen ist. Unter Fliehkrafteinfluss kann das Arretierelement an dem Trägerflansch formschlüssig anschlagen, wodurch sich die radiale Lage des Arretierelements auch unter Fliehkrafteinfluss nicht verändert. Eine Veränderung der Grenzradius durch eine radiale Verlagerung des Arretierelements ist dadurch vermieden. Zudem kann das Arretierelement über den Formschluss an dem Trägerflansch zentriert werden.
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Vorzugsweise ist das Arretierelement bei einer Positionierung der Pendelmasse unterhalb des Grenzradius zumindest zu einem Großteil in axialer Richtung zwischen der Pendelmasse und dem Trägerflansch angeordnet. Das Arretierelement kann dadurch gleichzeitig als ein Distanzelement wirken, der ein Anschlagen und Schleifen der Pendelmasse an dem Trägerflansch vermeiden kann. Insbesondere wenn das Arretierelement als Tellerfeder ausgestaltet ist, weist das Arretierelement sowieso nur eine besonders geringe axiale Erstreckung auf.
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Besonders bevorzugt ist radial innen zu der Pendelmasse ein Endanschlagdämpfer zur Begrenzung einer maximal inneren Lage der Pendelmasse vorgesehen. Der Endanschlagdämpfer kann beispielsweise ein elastomeres Material aufweisen, um Anschlaggeräusche zu dämpfen. Falls bei einer besonders starken Drehungleichförmigkeit das Arretierelement nicht ausreichen sollte die Pendelmasse abzubremsen, kann der Endanschlagdämpfer die durchrutschende Pendelmasse ohne metallische Anschlaggeräusche abbremsen. Da das Arretierelement bereits einen Teil der Bewegungsenergie der Pendelmasse durch Reibung dissipiert hat, erfolgt das Anschlagen der Pendelmasse an dem Endanschlagdämpfer mit einem geringeren Impuls, so dass das Risiko eines elastischen Zurückprallen der Pendelmasse reduziert ist. Der Endanschlagdämpfer kann insbesondere als in Umfangsrichtung geschlossener Ring ausgestaltet sein, der vorzugsweise zwischen zwei Flanschteilen des Trägerflansches aufgenommen ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht eines Fliehkraftpendels in einer Mittellage und
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2: eine schematische Schnittansicht des Fliehkraftpendels aus 1 in einer maximal ausgelenkten Lage.
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Das in 1 dargestellte um eine Drehachse 8 drehbare Fliehkraftpendel 10 weist eine Pendelmasse 12 auf, die zwischen einem ersten Flanschteil 14 und einem zweiten Flanschteil 16 eines mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors koppelbaren Trägerflanschs 18 mit Hilfe einer in Pendelbahnen der Pendelmasse 12 und des Trägerflanschs 18 geführten Laufrollen 20 pendelbar geführt ist. Das erste Flanschteil 14 weist eine zum zweiten Flanschteil 16 geöffnete erste Vertiefung 22 auf, in der ein als Tellerfeder ausgestaltetes erstes Arretierelement 24 mit einem radial äußeren Kraftrand teilweise eingesetzt ist. Entsprechend weist das zweite Flanschteil 16 eine zum ersten Flanschteil 14 geöffnete zweite Vertiefung 26 auf, in der ein als Tellerfeder ausgestaltetes zweites Arretierelement 28 mit einem radial äußeren Kraftrand teilweise eingesetzt ist. Das erste Arretierelement 24 und das zweite Arretierelement 28 stützen sich mit ihren radial inneren Krafträndern an einem ringförmigen Endanschlagdämpfer 30 ab, so dass die tellerfederartigen Arretierelemente 24, 28 mit etwas Vorspannung in den zugehörigen Vertiefungen 22, 26 eingesetzt und an dem Trägerflansch 18 abgestützt sind. Der Endanschlagdämpfer 30 wirkt in diesem Fall für die Arretierelemente 24, 28 als Abstandshalter.
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Wenn wie in 2 dargestellt die Pendelmasse 12 bei einer besonders starken Drehungleichförmigkeit nach radial innen ausgelenkt wird, kann die Pendelmasse 12 bei Erreichung eines Grenzradius die Arretierelemente 24, 28 kontaktieren und nur noch gegen eine von den Arretierelementen 24, 28 aufgebrachte Bremsfederkraft weiter nach radial innen verlagert werden, wodurch die Pendelmasse 12 abgebremst wird und ein metallisches Anschlagen der Laufrolle 20 in den Pendelbahnen der Pendelmasse 12 und des Trägerflanschs 18 vermieden wird. In der in 2 maximal weit radial inneren Lage kann die von den Arretierelementen 24, 28 bereits zumindest teilweise abgebremste Pendelmasse 12 an dem insbesondere elastomeren Endanschlagdämpfer 30 mit einer reduzierten Wucht anschlagen.
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Bezugszeichenliste
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- 8
- Drehachse
- 10
- Fliehkraftpendel
- 12
- Pendelmasse
- 14
- erstes Flanschteil
- 16
- zweites Flanschteil
- 18
- Trägerflansch
- 20
- Laufrolle
- 22
- erste Vertiefung
- 24
- erstes Arretierelement
- 26
- zweite Vertiefung
- 28
- zweites Arretierelement
- 30
- Endanschlagdämpfer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008059297 A1 [0002]
