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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Pendelträger und mehreren über den Umfang verteilt an diesem zur Drehachse senkrecht pendelfähig aufgenommenen Pendeln mit einer vorgegebenen Pendelmasse, wobei zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Pendeln ein in Umfangsrichtung wirksames Federelement mit einer vorgegebenen Federrate vorgesehen ist.
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Fliehkraftpendel werden als drehzahladaptive Drehschwingungstilger zur Schwingungsisolation in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Hierbei sind an einem um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Pendelträger über den Umfang verteilt und pendelfähig Pendel aufgenommen, die im Fliehkraftfeld des drehenden Pendelträgers abhängig von Drehmomentungleichförmigkeiten gegenüber dem Pendelträger auf vorgegebenen Pendel- beziehungsweise Laufbahnen ausgelenkt werden und dadurch das Massenträgheitsmoment des Fliehkraftpendels geändert wird und ein schwingungstilgender Effekt eintritt. Das Fliehkraftpendel ist dabei auf eine Erregerfrequenz ausgelegt, die in bevorzugter Weise auf eine Hauptschwingungsordnung der Erregerquelle – in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen der Brennkraftmaschine abgestimmt ist.
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Um die Pendel miteinander elastisch zu synchronisieren und ein Herabfallen der oberhalb der Drehachse angeordneten Pendel aus ihren Pendellagern bei stehendem Fliehkraftpendel und Geräusche beim Abstellen und erneuten Start der Brennkraftmaschine zu vermeiden, wird in der
DE 10 2009 037 481 A1 vorgeschlagen, umfangsseitige Enden der in Umfangsrichtung benachbarten Pendel mittels Federeinheiten miteinander zu koppeln.
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In der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 204 011.9 wird ein Fliehkraftpendel vorgeschlagen, bei dem an den umfangsseitigen Enden der in Umfangsrichtung benachbarten Pendel beziehungsweise Pendelmassen Federelemente angeordnet sind, die eine Steifigkeit in einem vorgegebenen Bereich aufweisen.
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Bei Fliehkraftpendeln mit in Umfangsrichtung mittels Federelementen gekoppelten Pendeln beziehungsweise Pendelmassen kann ein phasenversetztes Schwingen der Pendel beziehungsweise Pendelmassen beobachtet werden.
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Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung eines Fliehkraftpendels. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, die vorteilhafte Weiterbildung eines Fliehkraftpendels mit miteinander elastisch gekoppelte Pendeln insbesondere zur Verringerung oder Eliminierung des phasenversetzten Schwingens der Pendel gegeneinander. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Das vorgeschlagene Fliehkraftpendel dient als drehzahladaptiver Drehschwingungstilger und enthält einen um eine Drehachse verdrehbar angeordneten, beispielsweise aus Blech hergestellten Pendelträger. Der Pendelträger kann beispielsweise direkt mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine gekoppelt oder in ein weiteres Aggregat, beispielsweise ein Einmassenschwungrad, einen Drehschwingungsdämpfer, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, eine Reibungskupplung oder Doppelkupplung, eine Kupplungsscheibe dieser, außerhalb oder innerhalb eines Gehäuses eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers und/oder dergleichen integriert sein. Mehrere derartige Fliehkraftpendel und/oder eine Kombination mit anders ausgebildeten Fliehkraftpendeln und/oder anderen, beispielsweise konventionell auf eine feste Erregerfrequenz abgestellten Drehschwingungstilgern können in einem Antriebsstrang jeweils auf dieselbe und/oder auf verschiedene Schwingungsordnungen abgestimmt in dem Antriebsstrang aufgenommen sein.
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An dem Pendelträger sind mehrere, bevorzugt zwei bis acht, besonders bevorzugt drei oder vier den Umfang verteilt und zur Drehachse senkrecht pendelfähige Pendel aufgenommen. Die Pendel können einteilig oder mehrteilig aus Blech gearbeitet sein und weisen jeweils eine abhängig von einem Abstand des Schwerpunkts zur Drehachse, der Ausgestaltung der Pendelbahnen und dergleichen eine auf eine vorgegebene Schwingungsordnung abgestimmte Pendelmasse auf. In Umfangsrichtung benachbarte Pendel sind dabei jeweils mittels eines in Umfangsrichtung wirksamen Federelements mit einer vorgegebenen Federrate bevorzugt endseitig miteinander gekoppelt. Die Federelemente können aus Schraubenfedern wie Schraubendruck- oder Schraubenzugfedern, Tellerfedern oder Tellerfederpaketen, Schenkelfedern, Spiralfedern oder dergleichen sowie aus deren Kombination gebildet sein.
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Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Pendel und Federelemente auf eine vorgegebene Schwingungsordnung wie beispielsweise eine von der Brennkraftmaschine induzierte Erregerordnung unter Berücksichtigung der auf die Pendel wirkenden Schwerkraft abgestimmt sind. Hierdurch kann eine wesentliche Verringerung von phasenversetzten Schwingungsvorgängen erzielt werden. Es hat sich nämlich in unerwarteter Weise gezeigt, dass insbesondere bei geringen Drehzahlen während des Starts oder Abstellen der Brennkraftmaschine, im Leerlauf aber auch bei konstanten höheren Drehzahlen die Schwerkraft eine zusätzliche Anregung auf die Pendel ausübt. Aufgrund der phasenversetzten Positionierung der Pendel am drehenden Pendelträger gegenüber der Drehachse und damit einer phasenversetzten Wirkung der Schwerkraft auf die Pendel werden diese phasenversetzt angeregt und schwingen gegenüber dem Pendelträger ungleichmäßig. Es wird daher vorgeschlagen, die Schwerkraft in die Auslegung des Fliehkraftpendels auf eine vorgegebene Erregerordnung einzubeziehen und die wirksamen Pendelmassen, beispielsweise abhängig vom Radius deren Schwerpunkte von der Drehachse, und Federraten abhängig von der Schwerkraft oder Erdbeschleunigung auszulegen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Fliehkraftpendels ist dieses auf eine Erregerordnung zwischen 0,70 und 1,30, bevorzugt 1,0 ausgelegt. Das auf diese Weise abgestimmte Fliehkraftpendel kann beispielsweise zur Schwingungsisolation von Drehschwingungen einer Brennkraftmaschine in Form eines Verbrennungsmotors mit vier Zylindern nach dem Viertaktprinzip eingesetzt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Auslegung eines Fliehkraftpendels unter Berücksichtigung der Schwerkraft kann ein Verhältnis zwischen der Federrate c und der Pendelmasse m mit der Wegkonstante kw unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung g folgenden Zusammenhang aufweisen: (c·kw)/(m·g) < 10, bevorzugt 0,5 < (c·kw)/(m·g) < 4,5, besonders bevorzugt 0,8 <(c·kw)/(m·g) < 3,2.
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In einer weiteren alternativ oder zusätzlich durchgeführten Auslegung des vorgeschlagenen Fliehkraftpendels kann ein Verhältnis zwischen der Pendelmasse m der Pendel und einem Abstand YS des Schwerpunkts der Pendelmassen unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung g und der Federkonstante kc folgenden Zusammenhang aufweisen: 0,02 < (m·g)/YS·kc) < 0,06, bevorzugt 0,03 < (m·g)/YS·kc) < 0,05.
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Das vorgeschlagene Fliehkraftpendel kann einen Pendelträger aufweisen, der als Pendelflansch ausgebildet ist, an dem beidseitig angeordnete Pendelelemente aufgenommen sind. Hierbei sind axial gegenüber liegende Pendelelemente miteinander mittels Verbindungsmitteln wie Abstandsbolzen oder dergleichen verbunden, die Ausnehmungen des Pendelflanschs durchgreifen. Die auf diese Weise verbundenen Pendelelemente bilden zusammen jeweils ein Pendel mit entsprechender Pendelmasse. Eines oder beide Pendelelemente und/oder die Verbindungsmittel in Umfangsrichtung benachbarter Pendel können mittels der Federelemente gekoppelt sein.
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In einer weiteren Ausführungsvariante des Fliehkraftpendels kann der Pendelträger aus zwei einen axialen Aufnahmebereich bildenden Seitenteilen gebildet sein. Die beiden Seitenteile können radial innen und/oder radial außen aneinander gelegt sein. An einem Befestigungsbereich der Seitenteile können eines oder beide Seitenteile mit einem weiteren Bauteil des Antriebsstrangs beispielsweise vernietet, verschraubt, verstemmt, verschweißt oder in ähnlicher verbunden sein. Die Pendel sind hierbei in dem Aufnahmebereich axial zwischen den Seitenteilen über den Umfang verteilt aufgenommen. Hierbei sind die Pendel jeweils an beiden Seitenteilen pendelfähig aufgenommen.
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Die pendelfähige Aufnahme der Pendel gegenüber dem Pendelträger erfolgt in bevorzugter Weise mittels zweier in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager. Beispielsweise sind die Pendellager aus jeweils in den Pendeln und in dem Pendelträger, also in dem Pendelflansch oder in beiden Seitenteilen vorgesehene Ausnehmungen vorgesehen. An den Pendeln sind radial innen und an dem Pendelträger radial außen gebogene, zueinander komplementäre Laufbahnen wie Rollbahnen ausgebildet, auf denen ein die Ausnehmungen übergreifender Wälzkörper abwälzt. Die Ausbildung der Laufbahnen gibt dabei die Schwingform und den Schwingwinkel der Pendel im Fliehkraftfeld vor. Beispielsweise kann eine Schwingung der Pendel durch entsprechende Ausbildung der Laufbahnen im Sinne eines bifilaren Pendels oder als Freiform vorgesehen sein. Beispielsweise kann durch Ausbildung der Laufbahnen eine Pendelbewegung der Pendel entsprechend einer parallelen Anordnung der Fäden eines bifilar aufgehängten Pendels ohne Eigenrotation um den Schwerpunkt vorgesehen sein. Alternativ kann durch Ausbildung der Laufbahnen eine Pendelbewegung der Pendel entsprechend einer trapezförmigen Anordnung der Fäden eines bifilar aufgehängten Pendels eine Eigenrotation der Pendel um den Schwerpunkt vorgesehen sein.
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Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die Figur zeigt das um die Drehachse d angeordnete Fliehkraftpendel 1 in Ansicht. Der Pendelträger 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Pendelflansch 3 ausgebildet, an dem beidseitig über den Umfang verteilt Pendelelemente 4 aufgenommen sind. Axial gegenüber liegende Pendelelemente 4 sind mittels der Verbindungsmittel 5, 6 miteinander die Pendel 7 mit einer vorgegebenen Pendelmasse bildend verbunden. Die Verbindungsmittel 5, 6 durchgreifen hierzu entsprechende Ausnehmungen, von denen nur die Ausnehmungen 8 der Verbindungsmittel 6 einsehbar sind.
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Die Pendel 7 sind jeweils mittels zweier in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager 9 an dem Pendelträger 2 pendelfähig aufgenommen. Die Pendellager 9 sind jeweils aus Ausnehmungen mit Laufbahnen in den Pendelelementen 4 und im Pendelflansch 3 gebildet, die ein auf den Laufbahnen abwälzender Wälzkörper 10, beispielsweise eine Pendelrolle durchgreift.
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Jeweils zwischen benachbarten Pendeln 7 ist das Federelement 11 aufgenommen. Hierzu dienen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Verbindungsmittel 6, die zur Aufnahme der als Schraubendruckfedern ausgebildeten Federelemente 11 entsprechende Nasen aufweisen, die in den Innenumfang der Schraubendruckfedern eingreifen.
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Zur Auslegung des Pendelverhaltens der Pendel 7 abhängig von der Schwerkraft wird die Pendelmasse m der Pendel 7 und die Federrate c der Federelemente 11 sowie der Abstand YS der Schwerpunkte S der Pendel 7 von der Drehachse d im Ruhezustand der Pendel ermittelt. Hierbei ist das Verhältnis zwischen der Federrate c und der Pendelmasse m mit der Wegkonstante kw unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung g nach (c·kw)/(m·g) < 10, bevorzugt 0,5 < (c·kw)/(m·g) < 4,5, besonders bevorzugt 0,8 < (c·kw)/(m·g) < 3,2 und das Verhältnis zwischen der Pendelmasse m der Pendel 7 und einem Abstand YS des Schwerpunkts S der Pendelmassen m unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung g und der Federkonstante kc nach 0,02 < (m·g)/YS·kc) < 0,06, bevorzugt 0,03 < (m·g)/YS·kc) < 0,05 eingestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendel
- 2
- Pendelträger
- 3
- Pendelflansch
- 4
- Pendelelement
- 5
- Verbindungsmittel
- 6
- Verbindungsmittel
- 7
- Pendel
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Pendellager
- 10
- Wälzkörper
- 11
- Federelement
- d
- Drehachse
- S
- Schwerpunkt
- YS
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009037481 A1 [0003]
- DE 102015204011 [0004]
