-
Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Pendelmassenträger und mehreren über den Umfang an dem Pendelmassenträger im Fliehkraftfeld des um die Drehachse drehenden Pendelmassenträgers pendelfähig aufgenommenen Pendelmassen, wobei in Umfangsrichtung benachbarte Pendelmassen miteinander mittels Federelementen gekoppelt sind.
-
Fliehkraftpendel dienen der Drehschwingungsisolation von Drehschwingungen insbesondere in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen mit einer drehschwingungsbehafteten Brennkraftmaschine. Hierbei sind an einem Pendelmassenträger über den Umfang verteilt Pendelmassen aufgenommen, die bei um eine Drehachse drehendem Pendelmassenträger fliehkraftbedingt nach außen beschleunigt werden. Die Pendelmassen sind dabei an dem Pendelmassenträger mittels beispielsweise aus Laufflächen der Pendelmassen und des Pendelmassenträgers abwälzenden Pendelrollen gebildeten Pendellagern aufgehängt, so dass diese unter Fliehkrafteinfluss und drehschwingungsabhängig auf Pendelbahnen verlagert werden, die auf die Drehschwingungen eine drehzahladaptive Drehschwingungstilgung zur Folge haben.
-
Um die Pendelmassen miteinander zu synchronisieren, sind – wie beispielsweise aus der
WO 2012/083920 A1 bekannt – zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen jeweils Federelemente vorgesehen.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Fliehkraftpendels. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Fliehkraftpendel mit verbesserter Koppelung der Pendelmassen beziehungsweise verbesserter Endlagendämpfung vorzuschlagen.
-
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.
-
Das vorgeschlagene Fliehkraftpendel dient der drehzahladaptiven Tilgung von Drehschwingungen insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit drehzahlbehafteter Brennkraftmaschine. Hierzu weist das Fliehkraftpendel einen um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Pendelmassenträger auf, der direkt mit der Kurbelwelle oder mit einem mit der Kurbelwelle verbundenen Bauteil verbunden sein kann. Der Pendelmassenträger kann in eine weitere Vorrichtung des Antriebsstrangs beispielsweise in einen Drehschwingungsdämpfer wie Zweimassenschwungrad, eine Reibungskupplung, eine Kupplungsscheibe dieser, eine Doppelkupplung, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler integriert sein und gegebenenfalls für weitere Funktionen dieser Vorrichtungen beispielsweise für die Beaufschlagung von Federelementen oder als Teil einer Reibungskupplung wie Wandlerüberbrückungskupplung eines Drehmomentwandlers vorgesehen sein.
-
An dem Pendelmassenträger sind mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete Pendelmassen vorgesehen, die im Fliehkraftfeld des um die Drehachse drehenden Pendelmassenträgers pendelfähig aufgenommen sind. Die Aufhängung der Pendelmassen erfolgt mittels Pendellagern, die jeweils eine Pendelrolle enthalten, die auf Laufflächen der Pendellager und des Pendelmassenträgers abwälzen. Die Laufflächen sind komplementär zueinander in den Pendelmassen und im Pendelmassenträger bogenförmig wie gekrümmt vorgesehen und geben durch ihre Ausbildung Pendelbahnen der Pendelmassen gegenüber dem Pendelmassenträger vor. Beispielsweise können zwei Pendellager pro Pendelmasse in Umfangsrichtung beabstandet vorgesehen sein, die eine Pendelbewegung auf hierdurch vorgegebenen Pendelbahnen entsprechend eines bifilar aufgehängten Fadenpendels mit parallel oder trapezförmig angeordneten Pendelfäden oder eine Pendelbewegung in Freiform abbilden. Die Pendelbewegung kann auf eine Hauptschwingungsordnung wie Erregerordnung der Brennkraftmaschine, beispielsweise auf eine Schwingungsordnung eins bei einer gemäß dem Viertaktprinzip arbeitenden Brennkraftmaschine mit vier Zylindern abgestimmt sein. Bei einer Brennkraftmaschine mit einem vorgesehenen Betrieb mit einer unterschiedlichen Anzahl von Zylindern, beispielsweise teilabschaltbaren Zylindern kann das vorgeschlagene Fliehkraftpendel durch unterschiedliche Ausbildung von Pendelmassen und/oder Pendelbahnen auf unterschiedliche Schwingungsordnungen abgestimmt sein. Alternativ oder zusätzlich zu dem vorgeschlagenen Fliehkraftpendel können zwei oder mehrere Fliehkraftpendel vorgesehen sein, die auf eine oder mehrere Schwingungsordnungen abgestimmt sind. Beispielsweise kann in einer Vorrichtung des Antriebsstrangs, beispielsweise in einem Drehmomentwandler ein Fliehkraftpendel dem Eingangsteil und ein weiteres Fliehkraftpendel dem Ausgangsteil zugeordnet sein.
-
Um die Pendelmassen gegen harte Anschlage an den Endlagen der Pendelbahnen, also bei maximalen Schwingwinkeln zu schützen beziehungsweise die Pendelmassen, die sich bei nicht ausreichender Fliehkraft oberhalb der Drehachse befinden vor dem nach innen fallen zu schützen, sind in Umfangsrichtung benachbarte Pendelmassen miteinander mittels Federelementen gekoppelt. In dem vorgeschlagenen Fliehkraftpendel ist hierzu vorgesehen, die Pendelmassen jeweils beidseitig mit den benachbarten Pendelmassen mittels als Federspange ausgebildeten, in Umfangsrichtung mittig an den Pendelmassen aufgenommenen Federelementen zu koppeln. Hierdurch kann in Umfangsrichtung zwischen den Pendelmassen Bauraum gespart werden, wodurch die Pendelmassen in Umfangsrichtung bauen und eine höhere Masse aufweisen können.
-
Die Federspangen können aus einem einzelnen geschlossenen Federring gebildet sein. Alternativ kann sich eine Federspange über zwei oder mehrere Pendelmassen erstrecken. In vorteilhafter Weise ist eine Federspange jeweils zwischen zwei benachbarten Pendelmassen beschränkt. Hierbei können die an jeweils einer Pendelmasse aufgenommenen Federspangen, die die beiden benachbarten Pendelmassen koppeln, an demselben oder verschiedenen Aufnahmepunkten aufgenommen sein. In bevorzugter Weise sind die Aufnahmepunkte der Pendelmassen durch Bolzen, die in die Pendelmassen, beispielsweise in Öffnungen dieser eingebracht sind, gebildet. Die Bolzen, bevorzugt jeweils ein einziger, in Umfangsrichtung mittig an den Pendelmassen angeordneter Bolzen nehmen dabei die beiden Federspangen der in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen verliersicher auf. Beispielsweise können die Federspangen ein- oder mehrfach um den Bolzen gewickelt sein, wobei zur Einhaltung eines axial vorgegebenen Bauraums die Federspangen gegenüber ihrer axialen Breite zwischen den Bolzen benachbarter Pendelmassen an den Bolzen beispielsweise auf die halbe Breite verkleinert und axial nebeneinander auf den Bolzen aufgewickelt sein können. Es hat sich insbesondere zur Verringerung der Reibung während einer Verlagerung der Pendelmassen als vorteilhaft gezeigt, wenn zwischen Bolzen und Federspangen und oder zwischen Bolzen und Pendelmassen eine Drehentkoppelung vorgesehen ist. In bevorzugter Weise sind die Bolzen in den Pendelmassen verdrehbar aufgenommen.
-
Das Fliehkraftpendel kann in unterschiedlichen Bauformen vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Pendelmassenträger aus zwei Seitenteilen gebildet sein, die an einem Aufnahmereich axial voneinander beabstandet sind und in diesem Aufnahmebereich die Pendelmassen aufnehmen. Die Pendellager sind dabei jeweils zwischen den Seitenteilen und den Pendelmassen gebildet, wobei die Pendelrolle die beiden Seitenteile und die Pendelmassen axial übergreift. In einer alternativen Bauform ist der Pendelmassenträger als Pendelflansch ausgebildet. Die Pendelmassen sind aus zwei axial gegenüberliegenden, den Pendelflansch flankierenden und miteinander verbundenen Pendelmassenteilen gebildet. Je nach Ausführungsform kann die Verbindung der Pendelmassenteile mittels innerhalb geschlossener oder nach radial außen offener Ausnehmungen des Pendelflanschs angeordneter Verbindungsmittel, beispielsweise Bolzen, Abstandsnieten oder Scheiben erfolgen. Insbesondere bei nach außen offenen Ausnehmungen des Pendelflanschs können die Verbindungsmittel als Zusatzmassen ausgebildet sein. Die Pendelmassenteile können mittels der Verbindungsmittel wie Zusatzmassen miteinander verbunden sein oder einteilig ausgebildet sein, indem diese beispielsweise radial außen einen Steg ausbilden. Der Pendelflansch kann einteilig ausgebildet sein und Ausnehmungen mit den Laufbahnen aufweisen. Alternativ können die Ausnehmungen mit den entsprechenden Laufflächen für die Pendelrollen in Einsätzen vorgesehen sein, die mit dem Pendelflansch verbunden, beispielsweise vernietet sind. Bei einem Fliehkraftpendel mit zentralem Pendelflansch sind die Pendellager zwischen den Pendelmassenteilen und dem Pendelflansch mit den entsprechenden Laufflächen gebildet, auf denen eine die Ausnehmungen mit den Laufflächen axial übergreifende Pendelrolle abwälzt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Fliehkraftpendels können die Federspangen eine elastische Rotationsbegrenzung für die Pendelmassen bilden. Hierzu können die um die Bolzen gewickelten Federspangen ein freies Ende aufweisen, welche sich an Abstützbereichen der Pendelmasse abstützen, so dass jede der beiden an dem Bolzen eingehängte Federspange die Pendelmasse in eine Drehrichtung um ihren Schwerpunkt elastisch abstützt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung des Fliehkraftpendels kann ein maximaler Schwingwinkel der Pendelmassen elastisch begrenzt wie endlagenbegrenzt sein. Hierbei können in Umfangsrichtung bevorzugt in gleichen Abständen zu dem Schwerpunkt beabstandet zwei sich radial innen abstützende Dämpfungselemente an der Innenseite der Pendelmassen vorgesehen sein, die sich gegenüber dem Pendelmassenträger oder in besonders vorteilhafter Weise an den Federspangen abstützen. Mittels einer Abstützung an den Federspangen wird eine zusätzliche Elastizität durch die Nachgiebigkeit der Federspangen erzielt, so dass die Dämpferelemente vor Verschleiß geschützt werden und eine verbesserte Dämpfung erzielt werden kann. Die Dämpfungselemente können als metallische Federelemente wie beispielsweise Schraubendruckfedern oder als Elastomerelemente ausgebildet sein.
-
Mit anderen Worten wird beispielsweise ein bevorzugtes Fliehkraftpendel mit einem zentralen Pendelflansch, zwei beidseitig an dem Pendelflansch aufgehängten Pendelmasseneinheiten und einer zwischen den Pendelmasseneinheiten angeordneten Zusatzmasse vorgeschlagen. In Umfangsrichtung sind die Pendelmasseneinheiten in Pendelmassenelemente mit einer Teilung größer eins, bevorzugt zwei bis sechs aufgeteilt, so dass über den Umfang verteilt aus den miteinander verbundenen Pendelmassenteilen und den Zusatzmassen Pendelmassen gebildet sind. Weiterhin werden ein oder mehrere Bolzen zwischen die Pendelmassenteile drehbar eingelegt, auf welchen Federspangen zur Kopplung der Pendelmassen in Umfangsrichtung eingehängt werden. Zwischen den Pendelmassen wirksam kann ein Dämpfungselement, beispielsweise eine Druckfeder oder ein Elastomerelement angeordnet sein, welches in den Endlagen der Schwingbewegung den Aufprall der Pendelmassen auf den Pendelflansch dämpft. Hierbei kann das Dämpfungselement so angeordnet sein, dass es in der Endlage von den Federspangen elastisch betätigt wird. Vorteil hierbei ist, dass sowohl die Federspangen als auch die Dämpferelemente an die Pendelmasse angebunden sind und somit keine Querbelastung zwischen anschlagenden Element und dem Anschlag selbst entsteht. Der Anschlag ist somit auch gegen Verschleiß geschützt. Zur Aufnahme eines Elastomerelements in der Pendelmasse kann ein Ausbruch in der Pendelmasse oder Zwischenmasse derart erzeugt werden, dass das formschlüssig in diesen eingelegte Elastomerelement beim Anschlagen an der Federspange im Wesentlichen inkompressibel belastet wird. Hierbei kann eine höhere Dämpfungsrate auf kleinerem Bauraum erzielt werden.
-
Mit zunehmendem Schwingwinkel bewegen sich die Aufhängungspunkte der Federspangen aufeinander zu, so dass sich die zwischen diesen eingehängten Federspangen reversibel verformen. Durch die Blechstärke und/oder die Länge der Federspangen können unterschiedliche Verformungsraten der Federspangen eingestellt werden. Ebenso ist es möglich, die Spange mit Vorspannung zu verbauen, um die Pendelmasse in der Ruhelage in eine vorgegebene Position zu bringen. Die maximale Verformung der Federspangen kann durch Zusatzelemente, beispielsweise die Zwischenmassen zwischen den Pendelmassen begrenzt werden.
-
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine Teilansicht eines Fliehkraftpendels bei abgenommenem vorderem Pendelmassenteil,
-
2 eine Teilansicht des Fliehkraftpendels der 1 mit losgelöst dargestellten Federspangen,
-
3 das Fliehkraftpendel der 1 und 2 im Teilschnitt
-
4 eine Teilansicht mit gegenüber den 1 bis 3 veränderten Dämpfungselementen,
-
5 eine Detailansicht des Fliehkraftpendels der 1 bis 4,
-
6 eine Federspange des Fliehkraftpendels der 1 bis 5 und
-
7 eine Detailansicht eines gegenüber dem Fliehkraftpendel der 1 bis 5 abgeänderten Fliehkraftpendels.
-
Die 1 zeigt das Fliehkraftpendel 1 in Teilansicht mit dem um die Drehachse d verdrehbar angeordneten Pendelmassenträger 2. An dem Pendelmassenträger 2 sind über den Umfang verteilt angeordnete Pendelmassen 3 mittels jeweils zweier in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager 4 pendelfähig aufgenommen. Die Pendelmassen 3 sind aus zwei axial gegenüberliegenden Pendelmassenteilen 5 gebildet, die mittels der dazwischen angeordneten Zusatzmassen 6 verbunden sind. In der Darstellung der 1 ist das vordere Pendelmassenteil 5 der mittleren Pendelmasse 3 der Übersicht halber weggelassen.
-
Der Pendelmassenträger 2 ist als Pendelflansch 7 mit radial erweiterten Bereichen 8 ausgebildet, an denen mittels Nieten 9 die Einsätze 10 angeordnet sind. Zur Bildung der Pendellager 4 sind in den Einsätzen 10 zwei in Umfangsrichtung beabstandete Ausnehmungen 11 mit Laufflächen 12 vorgesehen. In den beidseitig des Pendelflanschs 7 axial gegenüberliegend angeordneten Pendelmassenteilen 5 sind fluchtend komplementär ausgebildete Ausnehmungen 13 mit Laufflächen 14 vorgesehen. Auf den Laufflächen 12, 14 wälzt die die Ausnehmungen 11, 13 übergreifende Pendelrolle 15 ab. Bei Verdrehung des Pendelmassenträgers 2 um die Drehachse d werden die Pendelmassen 3 fliehkraftbedingt nach radial außen beschleunigt und sind auf durch die Laufflächen 12, 14 vorgegebenen Pendelbahnen pendelfähig gelagert. Abhängig von Drehmomentschwingungen pendeln die Pendelmassen entlang der Pendelbahnen und tilgen durch Änderungen ihres Pendelradius die anliegenden Drehschwingungen. Dabei werden die Pendelmassen 3 bei Verlagerung aus der Mittellage nach radial innen verlagert.
-
Zur Synchronisation der Pendelmassen 3 und deren Pufferung an den Endlagen bei maximalem Schwingwinkel sind die Pendelmassen 3 mittels der Federelemente 16 gegeneinander anschlagsgedämpft und miteinander gekoppelt. Hierzu sind die Federelemente 16 als Federspangen 17 ausgebildet. Die Federspangen 17 sind jeweils an dem mittig an den Pendelmassen 3 verdrehbar aufgenommenen Bolzen 18 endseitig aufgenommen, so dass beide Pendelmassen 3 mit ihren beiden in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen 3 mittels jeweils einer Federspange 17 verbunden sind.
-
Die Verlagerung der Pendelmassen 3 entlang der Pendelbahnen nach radial innen erfolgt gegen die Wirkung der Federspangen 17, so dass bei nicht ausreichender Fliehkraft die oberhalb der Drehachse d angeordneten und unter Schwerkrafteinwirkung nach radial innen beschleunigten Pendelmassen 3 durch die Federspangen in ihrer Position gehalten werden. Desweiteren sind Endanschläge der Pendelmassen 3 bei maximalem Schwingwinkel gegeneinander gepuffert. Hierzu sind in Umfangsrichtung beidseitig der Bolzen 18 Dämpfungselemente 19 vorgesehen, die sich bei Erreichen der Endlagen an den elastischen Federspangen 17 abstützen beziehungsweise an diesen elastisch anschlagen. Hierdurch werden harte Anschläge der umfangsseitigen Enden der Pendelmassen 3 vermieden beziehungsweise zumindest gedämpft.
-
Die Dämpfungselemente 19 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Elastomerelemente 20 ausgebildet, die in die zwischen den Pendelmassenteilen 5 angeordneten Zusatzmassen nahezu vollumfänglich aufgenommen sind und daher keine Scherbewegungen erfahren, so dass diese entsprechend weich und dennoch verschleißgeschützt vorgesehen werden können. Desweiteren treten aufgrund der gleichsinnigen Drehbewegung von Dämpfungselementen 19 und Federspangen 17 lediglich geringe Relativbewegungen auf.
-
Die 2 zeigt das Fliehkraftpendel 1 der 1 in ähnlicher Darstellung mit abgenommenen Federspangen 17, Bolzen 18 und Dämpfungselementen 19 und vorderen Pendelmassenteilen. Die Bolzen 18 sind verdrehbar in axial gegenüber liegenden Öffnungen 21 der Pendelmassenteile 5 aufgenommen und weisen einen mittleren, radial erweiterten Bereich 22 auf, auf den die Federenden 23 der beiden Federspangen 17 aufgewickelt sind, die mit gegenüberliegenden Federenden 23 auf die Bolzen 18 der in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen 3 aufgewickelt sind.
-
Die als Elastomerelemente 20 ausgebildeten Dämpfungselemente 19 sind in nahezu kreisförmigen Ausnehmungen 24 der Zusatzmassen 6 aufgenommen und sind axial durch die Pendelmassenteile 5 gesichert.
-
Die 3 zeigt das Fliehkraftpendel 1 der 1 und 2 im Teilschnitt mit den die Pendelmasse 3 bildenden Pendelmassenteilen 5, die zwischen sich die Zusatzmasse 6 aufnehmen und mittels der Niete 25 miteinander verbunden sind. Axial zwischen den Pendelmassenteilen 5 sind die über den Umfang verteilt angeordneten, die nicht dargestellten Pendellager enthaltenden Einsätze 10 des Pendelflanschs 7 angeordnet. Radial zwischen den Zusatzmassen 6 und den Einsätzen 10 sind die Federspangen 17 angeordnet.
-
Die 4 zeigt eine Teilansicht einer Variante des Fliehkraftpendels 1 der 1 bis 3 mit Dämpfungselementen 19a, die als Schraubendruckfedern 20a ausgebildet sind.
-
Die 5 zeigt ein Detail des Fliehkraftpendels 1 der 1 bis 4 im Bereich der Aufnahme zweier Federspangen 17 an dem Bolzen 18. An dem radial erweiterten Bereich 22 sind dabei beide Federenden 23 axial nebeneinander angeordnet. Hierzu ist die Breite der Federspangen 17, die im Wesentlichen der Dicke des Pendelflanschs beziehungsweise der Dicke der Einsätze 10 abzüglich eines Spiels zur reibungsfreien Aufnahme entsprechen kann, an den Federenden 23 halbiert. Hierbei können beide Federenden 23 an derselben Seite abgenommen sein, so dass die Federspangen 17 als Gleichteile ausgebildet sein können und lediglich die Orientierung dieser über den Umfang abwechselnd vorgesehen wird.
-
Die 6 zeigt die Federspange 17 der 1 bis 5 in 3D-Ansicht mit den beiden auf die halbe Breite verjüngten Federenden 23.
-
Die 7 zeigt ein Detail des gegenüber dem Fliehkraftpendel 1 der 1 bis 5 abgeänderten Fliehkraftpendels 1a in Ansicht. Im Unterschied zu der Aufnahme der Federspangen 17a an den Bolzen 18 des Fliehkraftpendels 1 weisen die Federspangen 17a Federenden 23a auf, die um den Bolzen 18a gewickelt sind und ein freies Ende 25a aufweisen, das an eine Abstützfläche 26a der Zusatzmasse 6a angelegt beziehungsweise vorgespannt ist. Beide Enden 25a sind dabei an gegenläufigen Abstützflächen 26a angelegt, so dass eine Verdrehung der Pendelmasse 3a in beide Drehrichtungen jeweils entgegen der Wirkung einer elastischen Vorspannung des freien Endes 25a bei einer Verdrehung um die Achse des Bolzens 18a erfolgt und eine Verdrehung daher erschwert wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fliehkraftpendel
- 1a
- Fliehkraftpendel
- 2
- Pendelmassenträger
- 3
- Pendelmasse
- 3a
- Pendelmasse
- 4
- Pendellager
- 5
- Pendelmassenteil
- 6
- Zusatzmasse
- 6a
- Zusatzmasse
- 7
- Pendelflansch
- 8
- Bereich
- 9
- Niet
- 10
- Einsatz
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Lauffläche
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Lauffläche
- 15
- Pendelrolle
- 16
- Federelement
- 17
- Federspange
- 17a
- Federspange
- 18
- Bolzen
- 18a
- Bolzen
- 19
- Dämpfungselement
- 19a
- Dämpfungselement
- 20
- Elastomerelement
- 20a
- Schraubendruckfeder
- 21
- Öffnung
- 22
- Bereich
- 22a
- Bereich
- 23
- Federende
- 23a
- Federende
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Niet
- 25a
- Ende
- 26a
- Abstützfläche
- d
- Drehachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
