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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse verdrehbaren Pendelflansch und mehreren, über den Umfang in einer Ebene senkrecht zur Drehachse am Pendelflansch in einem Fliehkraftfeld des um die Drehachse drehenden Pendelflanschs pendelnd aufgehängten Pendelmassen.
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Fliehkraftpendel dienen als drehzahladaptive Drehschwingungstilger insbesondere in Verbindung mit Drehschwingungsdämpfern der Schwingungsisolation von Drehschwingungen von Brennkraftmaschinen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen. Derartige Vorrichtungen und Anordnungen sind beispielsweise aus den Dokumenten
DE 10 2009 042 804 A1 ,
DE 10 2011 104 137 A1 ,
DE 10 2010 054 297 A1 und
DE 10 2013 202 686 A1 bekannt. Hierbei werden über den Umfang verteilte Pendelmassen in einer Ebene senkrecht zur Drehachse eines Pendelflanschs an diesem pendelnd aufgehängt, so dass die Pendelmassen im Fliehkraftfeld des drehenden Fliehkraftpendels nach radial außen beschleunigt werden und mittels Pendelbewegungen auf den Pendelflansch einwirkende Drehmomentschwingungen zumindest teilweise tilgen beziehungsweise durch Zwischenspeicherung kinetischer Energie ausgleichen. Desweiteren ist aus der
DE 10 1010 052 388 A1 ein alternativer als Fliehkraftpendel wirksamer Drehschwingungstilger mit einer gegenüber einem Flanschteil verdrehbaren, ringförmigen Tilgermasse bekannt. Die Tilgermasse wird mittels Rollen gegenüber einem um eine Drehachse verdrehten Scheibenteil exzentrisch verlagert, so dass im nicht drehschwingungsbehafteten Zustand Scheibenteil und Tilgermasse konzentrisch drehen und unter Einfluss von Drehschwingungen die Tilgermasse gegenüber dem Scheibenteil radial verlagert wird und so unter Wirkung der Fliehkraft die Eigenfrequenz des Drehschwingungstilgers drehzahlproportional ist. Dabei ist ein Tilgermoment hauptsächlich durch die Trägheit der Tilgermasse bestimmt, während die Masse der Rollen in erster Linie die Eigenfrequenz des Systems bildet. Durch Abstimmung der Eigenfrequenz des Fliehkraftpendels auf die Anregungsfrequenz, beispielsweise Drehschwingungen der Brennkraftmaschine können die Schwingungen der Hauptmasse, beispielsweise einer primären oder sekundären Schwungmasse eines Drehschwingungsdämpfers zumindest teilweise getilgt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung eines Fliehkraftpendels. Ein Teilaspekt der Aufgabe ist die Vergrößerung der Tilgermasse eines Fliehkraftpendels. Ein Teilaspekt der Aufgabe ist die Geräuschverminderung eines Fliehkraftpendels insbesondere bei Start-Stopp-Vorgängen einer Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Ein Teilaspekt der Aufgabe ist die Verminderung der Belastung der Pendellager zwischen Pendelflansch und Pendelmassen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Das vorgeschlagene Fliehkraftpendel eignet sich insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zur drehzahladaptiven Tilgung von Drehschwingungen einer Brennkraftmaschine. Dabei kann zumindest ein vorgeschlagenes Fliehkraftpendel ohne weitere Isolationsmaßnahmen oder in Verbindung mit weiteren Isolationsmaßnahmen wie beispielsweise Drehschwingungsdämpfern in dem Antriebsstrang vorgesehen sein. Das vorgeschlagene Fliehkraftpendel kann beispielsweise eingangsseitig und/oder ausgangsseitig in einem Drehschwingungsdämpfer wie Zweimassenschwungrad, in einer Reibungskupplung, in einer Doppelkupplung, in einer Kupplungsscheibe einer Reibungskupplung, innerhalb und/oder außerhalb eines Gehäuses eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers und/oder dergleichen integriert oder separat als Antriebsstrangbaugruppe vorgesehen sein.
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Das Fliehkraftpendel weist einen Pendelflansch auf, der um eine Drehachse des Antriebsstrangs, beispielsweise einer Drehachse der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, einer Drehachse einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes oder einer zu diesen achsparallelen in Wirkverbindung stehenden Welle verdrehbar angeordnet ist und mit der Drehschwingungsquelle wie Kurbelwelle der Brennkraftmaschine drehschlüssig verbunden ist. An dem Pendelflansch sind in einer Ebene senkrecht zur Drehachse Pendelmassen aufgenommen, die bei drehendem Pendelflansch im Fliehkraftfeld nach außen beschleunigt werden und dann gegenüber dem Pendelflansch pendelnd aufgehängt sind. Die Aufhängung erfolgt beispielsweise mittels Wälzkörpern, die an Laufbahnen des Pendelflanschs und der Pendelmassen abwälzen. Die Form und Anzahl pro Pendelmasse der beispielsweise in Ausschnitten des Pendelflanschs und den Pendelmassen vorgesehenen Laufbahnen gibt dabei die Pendelbewegung gegenüber dem Pendelflansch vor. Diese Pendelbewegung der Pendelmassen kann beispielsweise einer monofilaren oder bifilaren Aufhängung der Pendelmassen am Pendelflansch mit paralleler oder trapezförmiger Fadenführung entsprechen. In besonders vorteilhafter Weise ist zusätzlich zumindest ein Synchronring wie Tilgermasse vorgesehen, der um die Drehachse angeordnet ist und von den Pendelmassen in Umfangsrichtung angetrieben ist. Die Pendelmassen können dabei Pendelbewegungen in Umfangsrichtung und in radiale Richtung ausführen.
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Die Pendelmassen können hierbei in Ausschnitten des Pendelflanschs verlagerbar und im Wesentlichen auf axialer Position des Pendelflanschs aufgenommen sein.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind an beiden Seiten des Pendelflanschs Pendelmassen angeordnet, wobei axial gegenüber liegende Pendelmassen miteinander mittels den Pendelflansch durchgreifender Verbindungsmittel verbunden sind und miteinander verbundene Pendelmassen am Pendelflansch jeweils mittels eines oder zweier in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager am Pendelflansch pendelnd gelagert sind.
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Die Anbindung beziehungsweise Koppelung der Pendelmassen mit dem Synchronring zu dessen Antrieb kann erfolgen, indem zumindest ein Teil der Pendelmassen, bevorzugt alle Pendelmassen mit einem Synchronring in Umfangsrichtung fest verbunden sind. Der Synchronring kann um die Drehachse des Pendelflanschs entgegen der Wirkung von in einer oder beide Umfangsrichtungen gegenüber dem Pendelflansch begrenzt verdrehbar angeordnet sein. Die Pendelmassen sind mittels in Umfangsrichtung steifer und radial elastischer Energiespeicher mit dem Synchronring verbunden.
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Hierbei können die Pendelmassen den Synchronring antreiben, so dass dieser als Massering wie Tilgerring eingesetzt werden kann, der die Tilgermasse der Pendelmasse erhöht. Desweiteren können die Pendelmassen auch bei geringen Fliehkräften so stabilisiert werden, dass diese in ihren Pendellagern gehalten werden und bei stehendem oder mit geringen Drehzahlen drehenden Pendelflansch insbesondere in Start-Stopp-Situationen der Brennkraftmaschine eines Antriebsstrangs Geräusche wie Anschlaggeräusche durch sich im Schwerkraftfeld verlagernde Pendelmassen vermieden oder zumindest verringert werden können. Desweiteren wird durch die in Umfangsrichtung steife Koppelung der Pendelmassen am Synchronring ein Gegenschwingen der Pendelmassen gegeneinander vermieden, so dass die Effektivität der Tilgerordnung zur Tilgung vorgegebener Schwingungsordnungen verbessert werden kann. Schließlich kann durch die Koppelung der Pendelmassen an den Synchronring die Hertzsche Pressung an den Pendellagern verringert werden.
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Die Pendelmassen können mittels Pendellagern in Ausnehmungen des Pendelflanschs im Wesentlichen in der axialen Ebene des Pendelflanschs aufgenommen sein. Alternativ können an beiden Seiten des Pendelflanschs Pendelmassen angeordnet sein, wobei axial gegenüber liegende Pendelmassen miteinander mittels den Pendelflansch durchgreifender Verbindungsmittel verbunden sind und miteinander verbundene Pendelmassen am Pendelflansch jeweils mittels eines, in Umfangsrichtung gegenüber einer Befestigung des radial elastischen Energiespeichers an den Pendelmassen beabstandeten Pendellagers am Pendelflansch pendelnd gelagert sind. In einer alternativen oder zusätzlichen Anordnung können die Pendelmassen mittels zweier in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager an dem Pendelflansch pendelnd aufgehängt sein. Hierbei können die radial elastischen Energiespeicher beispielsweise zwischen den beiden Pendellagern an den Pendelmassen angeordnet sein.
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Die radial elastischen Energiespeicher können als Blattfedern ausgebildet sein. Die Blattfedern können mit oder ohne radiale Vorspannung zwischen Pendelmassen und Synchronring befestigt, beispielsweise verschraubt oder vernietet sein. Hierbei ist jeweils ein Ende einer Blattfeder mit dem Synchronring und das andere Ende in Umfangsrichtung beabstandet mit einer Pendelmasse verbunden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Fliehkraftpendel vorgesehen, bei dem an beiden Seiten des Pendelflanschs Pendelmassen angeordnet sind, wobei axial gegenüber liegende Pendelmassen miteinander mittels den Pendelflansch durchgreifender Verbindungsmittel verbunden sind und miteinander verbundene Pendelmassen am Pendelflansch jeweils zweier in Umfangsrichtung an den Pendelmassen beabstandeten Pendellagern am Pendelflansch pendelnd gelagert sind und an den Pendelmassen in Umfangsrichtung betrachtet zwischen den beiden Pendellagern der Energiespeicher zur radial elastischen Anbindung an den Synchronring angeordnet ist. Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Energiespeicher in unterschiedliche radiale Richtungen vorgespannt beziehungsweise eingespannt sind. Beispielsweise können die Energiespeicher mehrerer über den Umfang angeordneter Pendelmassen beziehungsweise Pendelmasseneinheiten in unterschiedliche Richtung eingespannt sein. Dies bedeutet, dass einzelne Energiespeicher zwischen Pendelmassen und Synchronring eine Druckkraft und andere Energiespeicher zwischen Pendelmassen und Synchronring eine Zugkraft ausüben können.
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Beispielsweise können die Energiespeicher als Blattfedern ausgebildet sein. Die Blattfedern können als Gleichteile ausgebildet und zur Erzielung einer in radialer Richtung gegenläufigen Vorspannung um 180° verdreht eingebaut sein. Hierzu können die Blattfedern an einem Ende an der entsprechenden Pendelmasse befestigt sein und das andere Ende dieser kann jeweils im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung verlagert und an dem Synchronring befestigt sein, während bei anderen Energiespeichern das andere Ende gegen den Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung verlagert an dem Synchronring befestigt ist.
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Die Anordnung dieser unterschiedlich ausgerichteten Energiespeicher wie Blattfedern kann über den Umfang abwechselnd vorgesehen sein. Bei einer geraden Anzahl von über den Umfang verteilten Pendelmassen, beispielsweise vier pro Seite des Pendelflanschs entsprechend vier Pendelmasseneinheiten oder sechs Pendelmasseneinheiten können radial gegenüberliegende Energiespeicher in dieselbe radiale Umfangsrichtung vorgespannt beziehungsweise eingespannt sein.
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Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Summe aller Vorspannungen der Energiespeicher gleich Null ist. In weiteren Ausführungsformen kann aus gewünschten Gründen eine Vorspannung aller Energiespeicher vorgesehen sein, deren Summe aller Vorspannungen der Energiespeicher ungleich Null ist. Beispielsweise kann eine radiale Vorspannung des Synchronrings gegenüber den Pendelmassen vorgesehen sein.
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Es können ein oder mehrere Synchronringe vorgesehen sein. Beispielsweise kann zumindest ein Synchronring radial außerhalb des Pendelflanschs vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich können ein oder zwei den Pendelflansch axial flankierende Synchronringe vorgesehen sein.
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Der Pendelflansch kann als Scheibenteil ausgebildet sein, an dem entsprechende Ausnehmungen mit Laufbahnen zur Bildung der Pendellager und gegebenenfalls Ausnehmungen für die Verbindungsmittel zur Verbindung axial gegenüberliegend angeordneter Pendelmassen eingebracht sind. Insbesondere zur Einsparung nicht pendelnder Masse kann der Pendelflansch mit Ausnehmungen unter Ausbildung von Armen versehen werden. Die Arme können über den Umfang verteilt radial erweitert sein, an denen Ausnehmungen zur Bildung der Pendellager vorgesehen sind.
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Das vorgeschlagene Fliehkraftpendel weist dabei in nicht abschließender Aufzählung folgende Eigenschaften und Vorteile auf:
- – Bei allen Drehzahlbereichen eine konstante Schwingungs- beziehungsweise Tilgerordnung.
- – Vernachlässigbare Gegenschwingung der Pendelmassen und damit Vergrößerung des maximal möglichen Tilgermoments.
- – Ermöglichung einer feineren und vereinfachten Bestimmung der Schwingungsordnung. Hierbei kann durch die Variation des Trägheitsmoments des Synchronrings bei gegebener Genauigkeit der Fertigungstoleranzen der Pendelmassen eine feinere Ordnungsbestimmung ohne eine Verengung der Fertigungstoleranzen der Pendelmassen erzielt werden.
- – Besseres akustisches Verhalten bei der Start-Stopp-Strategie.
- – Gegebenenfalls nur ein Pendellager pro Pendelmasse.
- – Kleinere Hertzsche Pressung an der Pendellagerung.
- – Keine zusätzliche Lagerung der Synchronscheibe an einer Antriebseinheit sondern ausschließlich am Pendelflansch.
- – Größere Masse der Pendelmassen im gleichen Bauraum bei nur einem Pendellager.
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Die unterschiedliche Einspannung der Energiespeicher kann eine Kompensation der Umfangssteifigkeit des Fliehkraftpendels ermöglichen. Es wird dadurch eine gewisse Elastizität in Umfangsrichtung zwischen Pendelflansch und Synchronring erzielt. Hierdurch kann eine mit den Energiespeichern verbundene Änderung der Schwingungsordnung beziehungsweise Tilgerordnung des Fliehkraftpendels vermieden oder zumindest verringert werden. Bei der Aufhebung der Vorspannkräfte zur Summe Null der einzelnen Vorspannung der Energiespeicher wird die drehzahlabhängige Tilgerordnung weitgehend konstant gehalten. Ist eine mit der Drehzahl steigende Tilgerordnung gewünscht, kann diese durch eine entsprechende Vorspannung zwischen Pendelmassen und Synchronring erzielt werden.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Fliehkraftpendel in 3D-Ansicht
und
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2 ein Detail des Fliehkraftpendels der 1 im Bereich der radial elastischen Verbindung zwischen Pendelmasse und Synchronring.
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Die 1 zeigt das um die Drehachse d verdrehbare angeordnete Fliehkraftpendel 1 in Frontalansicht beziehungsweise 3D-Ansicht. Das Fliehkraftpendel 1 kann beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs direkt oder mittels eines anderen Bauteils, beispielsweise einem Bauteil eines anderen Antriebsstrangaggregats, beispielsweise ausgangsseitig oder eingangsseitig an einem Bauteil eines Drehschwingungsdämpfers mittels der Befestigungsöffnungen 3 des Pendelflanschs 2 befestigt sein. Der scheibenförmige Pendelflansch 2 weist Ausnehmungen 4 mit Laufbahnen zur Bildung von Pendellagern 5 für die Pendelmassen 6 auf.
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Die Pendelmassen 6 sind jeweils beidseitig des Pendelflanschs 2 über den Umfang verteilt angeordnet. Jeweils zwei axial gegenüberliegende Pendelmassen 6 bilden eine Pendelmasseneinheit 7 und sind mittels nicht einsehbarer Verbindungsmittel, die Ausnehmungen des Pendelflanschs 2 durchgreifen, miteinander fest verbunden. Die Pendelmassen 6 weisen jeweils Ausnehmungen 8 mit Laufbahnen zur Bildung der Pendellager 5 auf. Die Ausnehmungen 4 des Pendelflanschs 2 und die Ausnehmungen 8 der Pendelmassen 6 durchgreifen jeweils eine Rolle 9 und wälzen auf deren Laufbahnen ab. Die Pendelmassen 6 weisen jeweils an ihrem umfangsseitigen Ende ein auf diese Weise gebildetes Pendellager 5 auf. Zwischen den Pendellagern 5 sind die Pendelmassen 6 mittels des radial elastischen Energiespeichers 10 an dem Synchronring 11 befestigt. Der radial elastische Energiespeicher 10 ist als Blattfeder 12 ausgebildet, die an einem Ende mit einer Pendelmasseneinheit 7 und in Umfangsrichtung beabstandet an dem anderen Ende mit dem Synchronring 11 beispielsweise mittels Nieten verbunden ist. Auf diese Weise ist der Synchronring 11 mit den Pendelmassen 6 gekoppelt und dient als weitere Tilgermasse des Fliehkraftpendels 1. Desweiteren ist der Synchronring 11 mittels der Blattfedern 12 gegenüber dem Pendelflansch zentriert aufgenommen und bedarf keiner weiteren Befestigung.
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Die Blattfedern 12 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Gleichteile ausgebildet und jeweils an den radial gegenüber liegenden Pendelmasseneinheiten 7 in demselben Drehsinn und an den um 90° verdreht angeordneten Pendelmasseneinheiten 7 in umgekehrtem Drehsinn angeordnet. Hieraus resultiert an den Positionen P1 eine Druckkraft FD von dem Synchronring 11 in Richtung Pendelmasseneinheiten 7 und an den Positionen P2 eine Zugkraft FZ von dem Synchronring 11 in Richtung Pendelmasseneinheiten 7. In bevorzugter Ausbildung heben sich dabei die Zugkräfte FZ und die Druckkräfte FD auf. Durch die gegenläufige Anordnung der Blattfedern 12 ist in beide Umfangsrichtungen um die Drehachse d eine Elastizität in Umfangsrichtung eingestellt, so dass über die Pendelmassen 6 und die Pendellager 5 eine umfangsseitige Elastizität zwischen Synchronring 11 und Pendelflansch 2 eingestellt ist.
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Durch die synchronisierte Pendelverlagerung der Pendelmassen 6 mittels der Ankoppelung an den Synchronring 11 kann die Tilgungsordnung über den gesamten Drehzahlbereich gezielt auf eine Schwingungsordnung eines Schwingungserregers, beispielsweise eine Brennkraftmaschine eingestellt werden. Hierbei dient der Synchronring 11 aufgrund dessen Masse, die mit den Pendelmassen 6 verdreht wird, als weitere Tilgermasse und verbessert die Schwingungsisolation. Desweiteren lässt sich durch die fein abstimmbare Tilgermasse des Synchronrings 11 die Genauigkeit der Abstimmung des Fliehkraftpendels 1 verbessern.
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Die 2 zeigt im Detail und schematisch das Fliehkraftpendel 1 der 1 mit der Kräfteaufteilung an der schematisch dargestellten, zwischen dem Synchronring 11 und der Pendelmasseneinheit 7 eingespannten Blattfeder 12. Neben der radialen Vorspannkraft Fr stellt die Blattfeder 12 die zumindest teilweise in eine Umfangsrichtung wirksame Umfangskraft Ft zur Verfügung, so dass in eine Umfangsrichtung eine elastische Anbindung des Synchronrings 11 über die Pendelmasseneinheit 7 und die Pendellager 5 auf den Pendelflansch 2 erfolgt. Durch entgegengesetzte Anordnung derartiger Blattfedern 12 entsteht eine Elastizität in beide Umfangsrichtungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendel
- 2
- Pendelflansch
- 3
- Befestigungsöffnung
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Pendellager
- 6
- Pendelmasse
- 7
- Pendelmasseneinheit
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Rolle
- 10
- Energiespeicher
- 11
- Synchronring
- 12
- Blattfeder
- d
- Drehachse
- FD
- Druckkraft
- Fr
- radiale Vorspannkraft
- Ft
- Umfangskraft
- FZ
- Zugkraft
- P1
- Position
- P2
- Position
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009042804 A1 [0002]
- DE 102011104137 A1 [0002]
- DE 102010054297 A1 [0002]
- DE 102013202686 A1 [0002]
- DE 101010052388 A1 [0002]
