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Die Erfindung betrifft eine Fliehkraftpendeleinrichtung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Fliehkraftpendeleinrichtungen weisen üblicherweise zumindest ein Flanschelement auf, welches antriebsseitig angeordnet ist und an welchem Pendelmassen als Fliehgewichte verlagerbar angelenkt angeordnet sind. Dabei sind durchaus Varianten bekannt, bei welchen an einem Flanschelement beiderseits des Flanschelements Pendelmassen angeordnet sind und es sind auch Varianten von Fliehkraftpendeleinrichtungen bekannt, bei welchen zwei parallel angeordnete Flanschelemente vorgesehen sind, wobei die Pendelmassen zwischen den Flanschelementen angeordnet sind. Dabei ist die jeweilige Pendelmasse durch jeweils zumindest eine Führungsbahn im Flanschelement als auch in der Pendelmasse und mittels zumindest eines Rollenelements verlagerbar geführt, wobei das Rollenelement in die Führungsbahnen von Flanschelement und Pendelmasse eingreift.
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Bei Fliehkraftpendeleinrichtungen ist es bekannt, dass die Rollenelemente der Pendelmassen bei einem Motorstart oder bei einem Motorstopp an den Endbereichen der Führungsbahnen anschlagen und unerwünschte Geräusche erzeugen. Dabei ist insbesondere die große Beschleunigung bei den ersten Zündungen des Verbrennungsmotors beim Motorstart oder die Verzögerung beim Motorstopp für dieses Anschlagen verantwortlich. Diese Beschleunigung oder Verzögerung führt zu einer hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Flanschelement und Pendelmasse, was das Anschlagen verursacht.
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Um die Stoßkräfte beim Anschlagen zu reduzieren werden in den konventionellen Konstruktionen von Fliehkraftpendeleinrichtungen elastische Anschläge eingesetzt. Diese Lösung hat allerdings den Nachteil, dass die elastischen Anschläge so groß sein müssen, um ein Anschlagen der Pendelmasse bzw. der Rollenelemente an dem Flanschelement zu verhindern, dass sie die kinetische Energie der Pendelmasse vollständig speichern bzw. aufgrund der Dämpfung des Materials vollständig vernichten kann. In der Praxis führt dies zu einem großen Platzbedarf für die als Gummipuffer ausgebildeten elastischen Anschläge.
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Dabei sind Fliehkraftpendeleinrichtungen bekannt geworden, bei welchen entweder die Pendelmassen keine Eigenrotation durchführen oder bei welchen die Pendelmassen eine Eigenrotation im Verhältnis zum Zentralwinkel durchführen, wobei das Verhältnis über den kompletten Schwingwinkelbereich nahezu konstant ist. In diesen beiden Fällen führt dies dazu, dass sich feste Punkte auf zwei benachbarten Pendelmassen während einer Schwingung entweder aufeinander zubewegen oder voneinander wegbewegen. Eine Synchronisation der Pendelmassen wird dadurch erheblich erschwert, da eine Synchronisiervorrichtung in Form beispielsweise eines Federelements dadurch bei jeder Schwingung und auch bei synchroner Bewegung der Pendelmassen beansprucht wird. Das bedeutet allerdings, dass die Kraft, die das Federelement auf die Pendelmassen ausübt, über den Verlauf einer Schwingung nicht konstant ist, sondern die Federkraft abhängig vom Schwingwinkel der Pendelmassen ist und damit veränderlich ist. Eine Veränderung der Federkraft während einer Schwingung hat jedoch in der Regel auch eine negative Auswirkung auf die Schwingungsordnung der Schwingung. Durch eine Anpassung der Bahngeometrie der Führungsbahnen kann dieser Einfluss für einen bestimmten Betriebspunkt der Fliehkraftpendeleinrichtung zwar kompensiert werden, für alle anderen Betriebspunkte ist eine Kompensation jedoch nicht oder nur teilweise möglich. Dies führt dazu, dass das theoretisch mögliche Rückstellmoment reduziert wird und somit die Isolation von Drehschwingungen schlechter ist als theoretisch möglich und erwartet.
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Aus einer älteren Patentanmeldung der Anmelderin sind weiterhin Fliehkraftpendeleinrichtungen bekannt, bei welchen durch ein gezieltes Anpassen der Eigenrotation der Pendelmasse um den eigenen Schwerpunkt im Verhältnis zur Schwingung der Pendelmasse um die Kurbelwelle entlang der Schwerpunktsbahn erreicht wird, dass feste Lagerpunkte auf zwei benachbarten Pendelmassen immer den gleichen Abstand zueinander haben. Gleichzeitig wird die Schwerpunktsbahn der Pendelmasse so angepasst, dass die Schwingordnung des Systems, trotz variabler Eigenrotation der Pendelmasse, über den Schwingwinkel konstant bleibt bzw. einem vorgegebenen Verlauf folgt, wie beispielsweise mit einer gezielten Verstimmung der Pendelordnung in den Endlagen der Pendelmassenbewegung. Dadurch ist es möglich, dass ein Koppelelement an diesen festen Punkten zwischen zwei Pendelmassen angebracht werden kann, das bei synchroner Schwingbewegung der Pendelmassen nicht beansprucht wird. Ein wesentliches Merkmal dieser Koppelpunkte ist, dass der Abstand zur Kurbelwellenachse während einer Schwingung nicht konstant bleibt, sondern sich je nach Schwingrichtung vergrößert bzw. verkleinert. Außerdem verdreht sich das Koppelelement selbst relativ zu den Pendelmassen, was bei großen Schwingwinkeln des Pendels zu ungünstigen Hebelverhältnissen bzw. zu ungünstigen Kraftvektoren führt.
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Auch sind Fliehkraftpendeleinrichtungen als so genannte Isoradialpendel bekannt geworden, bei welchen die Pendelmassen mit einem Koppelelement miteinander gekoppelt sind, wobei das Koppelelement an der jeweiligen Pendelmasse an einem isoradialen Punkt angreift, welcher während einer Pendel- und Rotationsbewegung der Pendelmassen auf gleicher radialer Höhe verbleibt, wobei auch der jeweilige Abstand der isoradialen Punkte der jeweiligen Pendelmassen relativ zueinander konstant bleibt. Dadurch wird erreicht, dass das Koppelelement zwischen den jeweiligen Pendelmassen in radialer Richtung festgelegt ist und sich lediglich verdrehen kann, was die Ausbildung des Koppelelements erleichtert und die Schwingungsordnung der Pendelmassen nicht beeinträchtigt. Allerdings würden die Gummipuffer als elastische Anschläge der Rollenelemente der Pendelmassen ebenso einen großen Platzbedarf aufweisen, was als nachteilig anzusehen ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine insbesondere als Isoradialpendel ausgebildete Fliehkraftpendeleinrichtung zu schaffen, welche eine Anschlagdämpfung aufweist und dennoch einfach und bauraumsparend ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Fliehkraftpendeleinrichtung mit zumindest einem um eine Drehachse verdrehbaren Flanschelement, welches antriebsseitig angeordnet ist und an welchem Pendelmassen als Fliehgewichte verlagerbar angelenkt angeordnet sind, wobei die Pendelmassen an dem zumindest einen Flanschelement über den Umfang verteilt angeordnet sind und mittels Pendellagern an dem zumindest einen Flanschelement gelagert sind, wobei die Pendelmassen gegenüber dem zumindest einen Flanschelement mittels der aus jeweils auf Führungsbahnen des zumindest einen Flanschelements und der Pendelmassen abwälzenden Rollenelementen gebildeten Pendellager im Fliehkraftfeld des Flanschelements um eine Nulllage mit einem vorgegebenen Schwingwinkel pendelfähig und während einer Pendelbewegung um deren Schwerpunkt teilweise verdrehbar aufgehängt sind und wobei die Pendel- und Rotationsbewegung der Pendelmassen durch die Ausbildung der Führungsbahnen und des Koppelelements vorgegeben ist, wobei die Pendelmassen mit zumindest einem Koppelelement miteinander gekoppelt sind, wobei das zumindest eine Koppelelement an der jeweiligen Pendelmasse an einem isoradialen Punkt angreift, wobei zumindest eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher die Verlagerbarkeit des Koppelelements und/oder einer oder mehrerer Pendelmassen sperrbar und/oder freigebbar ist. Dabei bedeutet die Verlagerbarkeit des Koppelelements bei der Ausbildung des Koppelelements als Ringelement typischerweise eine Verdrehbarkeit des Koppelelements. Durch diese Sperrung der Verlagerbarkeit des Koppelelements werden die an dem Koppelelement angelenkten Pendelmassen ebenfalls in ihrer Schwingfähigkeit blockiert bzw. begrenzt. Durch eine Sperreinrichtung wird also erreicht, dass alle Pendelmassen in ihrer Schwingfähigkeit sperrbar sind, was die Vorsehung einer Vielzahl von elastischen Anschlägen vermeidet oder deren Bauraumbedarf erlaubt zu reduzieren. Es kann das Koppelelement relativ zu dem Flanschelement gesperrt werden und/oder es kann das Koppelelement relativ zu einer Pendelmasse gesperrt werden und/oder zu den Pendelmassen gesperrt werden und/oder kann eine Pendelmasse oder können mehrere Pendelmassen relativ zu dem Flanschelement gesperrt werden.
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Die Fliehkraftpendeleinrichtung kann grundsätzlich zumindest ein Flanschelement aufweisen, welches antriebsseitig angeordnet ist und an welchem die Pendelmassen als Fliehgewichte verlagerbar angelenkt angeordnet sind. Dabei kann eine Variante der erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung ein Flanschelement aufweisen, beiderseits dessen Pendelmassen angeordnet sind. Auch kann eine alternative Variante einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtungen ausgebildet sein, bei welcher zwei parallel angeordnete Flanschelemente vorgesehen sind, wobei die Pendelmassen zwischen den beiden Flanschelementen angeordnet sind. Dabei ist die jeweilige Pendelmasse durch jeweils zumindest eine Führungsbahn im Flanschelement als auch in der Pendelmasse und mittels zumindest eines Rollenelements verlagerbar geführt, wobei das Rollenelement in die Führungsbahnen von Flanschelement und Pendelmasse eingreift.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist es besonders zweckmäßig, wenn die Verlagerbarkeit des Koppelelements mittels der Sperreinrichtung derart sperrbar ist, dass die Pendelmassen in zumindest einem Endbereich ihres Schwingwinkels durch die Sperrung des Koppelelements in ihrer Schwingung begrenzbar oder blockierbar sind. Dadurch kann erreicht werden, dass die Pendelmassen mittels des Koppelements in einem definierten Betriebspunkt sperrbar sind, um in diesem Betriebspunkt Geräusche zu vermeiden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sperreinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie bei einem Motorstopp aufgrund der vorliegenden Verzögerung des Flanschelements das Koppelelement sperrt, so dass bei einem zeitlich nachfolgenden Motorstart das Koppelelement noch gesperrt ist. Dadurch wird bei einem Motorstopp das Koppelelement relativ zum Flanschelement gesperrt bzw. blockiert, was auch die Pendelmassen blockiert. Dies reduziert beim Motorstopp Geräusche. Gleichzeitig bewirkt dies auch, dass bei einem nachfolgenden Motorstart die Pendelmassen mittels des gesperrten Koppelelements noch gesperrt sind, was dann auch beim Motorstart Geräusche reduziert. Anschließend kann bei normalem Betrieb des Motors die Sperrung wieder aufgehoben werden, beispielsweise aufgrund einer angestiegenen Fliehkraftwirkung aufgrund einer erhöhten Drehzahl, so dass die Kraftkomponente in Umfangsrichtung auf die Pendelmassen diese wieder entsperrt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Sperreinrichtung ein erstes Halteelement aufweist, welches mit dem Flanschelement oder mit der Pendelmasse verbunden ist und ein zweites Halteelement aufweist, welches mit dem Koppelelement verbunden ist, wobei das erste Halteelement mit dem zweiten Halteelement in Zusammenwirken bringbar ist, um die Verlagerbarkeit des Koppelelements relativ zum Flanschelement zu sperren. Durch das Zusammenbringen und Zusammenwirken des ersten und des zweiten Halteelements wird das Halten bzw. Sperren aktiviert und es erfolgt ein Sperren des Koppelelements und damit indirekt auch der Pendelmassen. Werden das erste und das zweite Halteelement wieder auseinander gebracht, wird das Zusammenwirken beendet und es erfolgt ein Entsperren des Koppelelements und damit indirekt auch der Pendelmassen.
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Besonders vorteilhaft ist es bei einem Ausführungsbeispiel, wenn das erste Halteelement mit dem zweiten Halteelement aus dem Zusammenwirken bringbar ist, um die Verlagerbarkeit des Koppelelements relativ zum Flanschelement freizugeben.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn das erste Halteelement ein erstes Formschlusselement ist und dass das zweite Halteelement ein zweites Formschlusselement ist, so dass zwischen dem ersten Halteelement und dem zweiten Halteelement eine formschlüssige Verbindung bewirkbar und/oder freigebbar ist. Durch die Gestaltung als Formschlusselemente kann eine einfache konstruktive Realisierung erreicht werden, die auch dauerhaft stabil und wartungsfrei ist. Als Formschlusselemente können beispielsweise Rast- oder Klipselemente oder anderweitige Vorsprünge, Nasen, Stifte, Aussparungen, Taschen oder Riegel etc. verwendet werden. Diese Formschlusselemente können dabei starr ausgebildet sein oder verlagerbar. Zusätzlich können solche Formschlusselemente auch federbeaufschlagt und/oder aktuatorbetätigt ausgebildet sein.
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Alternativ kann es auch vorteilhaft sein, wenn das erste Halteelement ein erstes Kraftschlusselement ist und dass das zweite Halteelement ein zweites Kraftschlusselement ist, so dass zwischen dem ersten Halteelement und dem zweiten Halteelement eine kraftschlüssige Verbindung bewirkbar und/oder freigebbar ist. Als Kraftschlusselement kann beispielsweise ein magnetisches Element zu verstehen sein, dass über eine magnetische Wechselwirkung eine Kraft ausübt. Auch kann ein elektrisches Feld erzeugbar sein als elektrische Wechselwirkung.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das erste Halteelement ein erstes Reibschlusselement ist und dass das zweite Halteelement ein zweites Reibschlusselement ist, so dass zwischen dem ersten Halteelement und dem zweiten Halteelement eine reibschlüssige Verbindung bewirkbar und/oder freigebbar ist. Dabei ist ein Reibschlusselement eine Unterart eines Kraftschlusselements, weil das Reibschlusselement aufgrund einer Reibkraft wirkt.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn das erste Halteelement ein mit dem Flanschelement oder mit zumindest einer Pendelmasse verbundenes, starres oder unter Fliehkrafteinwirkung verlagerbares Element ist und/oder dass das zweite Halteelement ein mit dem Koppelelement verbundenes, starres oder unter Fliehkrafteinwirkung verlagerbares Element ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn eines der Halteelemente starr angebunden oder ausgebildet ist und das andere Halteelement beispielsweise verlagerbar ist. Unter dem Begriff „verlagerbar“ wird dabei auch verstanden, wenn eines der Elemente elastisch ausgebildet ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das erste Halteelement oder das zweite Halteelement ein unter Fliehkrafteinwirkung entgegen der Rückstellkraft eines Kraftspeichers verlagerbares Rastelement oder Reibelement ist und dass das zweite Halteelement oder das erste Halteelement ein starr verbundenes, lediglich verdrehbares Rastelement oder Reibelement ist oder das das erste und das zweite Halteelement ein magnetisches Halteelement ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Fliehkraftpendeleinrichtung als Isoradialpendel zur grundsätzlichen Erläuterung der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung einer Fliehkraftpendeleinrichtung als Isoradialpendel zur grundsätzlichen Erläuterung der Erfindung,
- 3 eine schematische Darstellung einer Fliehkraftpendeleinrichtung als Isoradialpendel zur grundsätzlichen Erläuterung der Erfindung,
- 4 eine schematische Teildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung in einer ersten Betriebssituation,
- 5 eine schematische Teildarstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung in einer zweiten Betriebssituation,
- 6 eine schematische Teildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung,
- 7 eine schematische Teildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung, und
- 8 eine schematische Teildarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung.
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Fliehkraftpendeleinrichtung 1 zur grundsätzlichen Erläuterung von Details von Ausführungsbeispielen auch einer erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung 1.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Fliehkraftpendeleinrichtung 1 mit zumindest einem um eine Drehachse 2 verdrehbaren Flanschelement 3, welches antriebsseitig angeordnet ist. Das zumindest eine Flanschelement 3 kann beispielweise als ein Flanschelement 3 oder als zwei parallel angeordnete Flanschelemente 3 ausgebildet sein. Das zumindest eine Flanschelement ist antriebsseitig angeordnet, was bedeutet, dass es beispielsweise von einem Antriebsstrang antreibbar ist. Der Antriebsstrang kann dabei beispielsweise von einem Kraftfahrzeug sein.
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Die Fliehkraftpendeleinrichtung 1 ist mit einem Flanschelement 3 als Trägerelement ausgebildet gezeigt. Dabei sind durchaus Varianten bekannt, bei welchen an einem Flanschelement 3 beiderseits des Flanschelements 3 Pendelmassen 4 angeordnet sind und es sind auch Fliehkraftpendeleinrichtungen 1 bekannt, bei welchen zwei parallel angeordnete Flanschelemente 3 vorgesehen sind, wobei die Pendelmassen 4 zwischen den beiden Flanschelementen 3 angeordnet sind. Dabei ist die jeweilige Pendelmasse 4 durch jeweils zumindest eine Führungsbahn 6 in der Pendelmasse 4 und einer Führungsbahn 6' im Flanschelement 3 und mittels zumindest eines Rollenelements 7 verlagerbar geführt, wobei das Rollenelement 7 in die Führungsbahnen 6, 6' eingreift.
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An dem zumindest einen Flanschelement 3 sind Pendelmassen 4 als Fliehgewichte verlagerbar angelenkt angeordnet. Die Pendelmassen 4 sind an dem zumindest einen Flanschelement 3 über den Umfang verteilt angeordnet und sie sind mittels Pendellagern 5 an dem zumindest einen Flanschelement 3 gelagert angelenkt. Dabei sind die Pendelmassen 4 gegenüber dem zumindest einen Flanschelement 3 mittels der aus jeweils auf Führungsbahnen 6, 6' des zumindest einen Flanschelements 3 und der Pendelmassen 4 abwälzenden Rollenelementen 7 gebildeten Pendellagern 5 im Fliehkraftfeld des Flanschelements 3 um eine Nulllage mit einem vorgegebenen Schwingwinkel (a) pendelfähig und während einer Pendelbewegung um deren Schwerpunkt 8 teilweise verdrehbar aufgehängt und damit beweglich gelagert.
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Die Pendel- und Rotationsbewegung der jeweiligen Pendelmasse 4 ist durch die Ausbildung der Führungsbahnen 6 in den Pendelmassen und in dem Flanschelement 3 sowie des Koppelelements 10 vorgegeben. Dadurch kann die Pendelmasse 4 eine Pendelbewegung bzw. Schwingbewegung des Schwerpunkts 8 entlang einer Schwerpunktsbahn 9 vollziehen und eine Drehbewegung der Pendelmasse 4 um den Schwerpunkt 8 vollziehen.
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Die Pendelmassen 4 sind weiterhin mit einem Koppelelement 10 miteinander gekoppelt. Dabei ist das Koppelelement 10 an der jeweiligen Pendelmasse 4 an einem isoradialen Punkt 11 angreifend ausgebildet. Der isoradiale Punkt 11 ist dabei ein Punkt, welcher während einer Pendel- und Rotationsbewegung der Pendelmassen 4 auf gleicher radialer Höhe R' verbleibt, wobei auch der jeweilige Abstand a der isoradialen Punkte der jeweiligen Pendelmassen 4 bei einer synchronen Bewegung der Pendelmassen 4 relativ zueinander konstant bleibt.
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Die 1 bis 3 zeigen, dass das Koppelelement 10 als ein Ringelement ausgebildet ist, das radial innerhalb der Pendelmassen 4 angeordnet ist und verdrehbar, insbesondere verdrehbar gelagert, angeordnet ist. Alternativ dazu kann das Koppelelement 10 auch als Ringelement ausgebildet sein, welches radial außerhalb der Pendelmassen 4 angeordnet ist. Dabei ist das Koppelelement 10 relativ zu dem zumindest einen Flanschelement 3 verdrehbar, insbesondere verdrehbar gelagert, angeordnet. Es kann dazu mittels Lagermitteln am Flansch abgestützt und gelagert sein. Das Koppelelement 10 kann aber auch frei verdrehbar angeordnet sein.
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Das Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 zeigt, dass das Koppelelement 10 radial vorstehende Arme 12 aufweist, mittels welchen jeweils eine der Pendelmassen 4 an ihrem isoradialen Punkt 11 koppelbar sind. Statt der Arme 12 können aber auch andere Arten der Anlenkung vorgesehen sein.
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Für die Kopplung zwischen der jeweiligen Pendelmasse 4 und dem Koppelelement 10 bzw. dem Arm 12 sind vorzugsweise Gleit- oder Wälzlager 13 vorgesehen, was eine reibungsarme Verbindung bewirkt.
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Für die Ausbildung der Pendelmassen 4 und deren Kopplung sowie deren Bewegungsdefinition ist es besonders vorteilhaft, wenn die Führungsbahnen 6, 6' zur Führung der Pendel- und Rotationsbewegung der Pendelmassen 4 derart ausgebildet sind, dass die Rotationsbewegung der Pendelmasse 4 um den eigenen Schwerpunkt 8 im Verhältnis zur Pendelbewegung der Pendelmasse 4 um die Kurbelwelle bzw. deren Drehachse 2 ergibt, dass es einen Punkt auf der Pendelmasse 4 gibt, dessen Abstand R' zur Kurbelwellenachse 2 während der gesamten Pendel- und Rotationsbewegung konstant bleibt. Dies ist der isoradiale Punkt 11.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Schwerpunktsbahn 9 der Pendelmasse 4 derart gewählt ist, dass die Schwingordnung der Pendelbewegung der Pendelmasse 4 trotz veränderlicher Eigenrotation der Pendelmasse 4 über den Schwingwinkel konstant bleibt oder einem vorgegebenen Verlauf folgt. So ist es vorteilhaft, wenn die Schwerpunktsbahn 9 der Pendelmasse 4 auf einer nach radial innen geöffneten, gekrümmten Bahn verläuft. Dabei zeigt die 1, dass der Schwerpunkt 8 in der Mitte der Schwerpunktsbahn 9 ist und die Pendelmasse 4 in einer mittigen Stellung ist. In 3 ist eine ausgelenkte Position gezeigt, bei welcher die Pendelmasse 4 derart ausgelenkt ist, dass der Schwerpunkt 8 auf der Schwerpunktsbahn 9 nach rechts verschoben ist. Dabei kippt die Pendelmasse 4 mit ihrem linken Rand nach radial innen und der isoradiale Punkt 11 bleibt in seiner radialen Lage unverändert.
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Die 2 zeigt, dass je Pendelmasse 4 nur jeweils eine der Führungsbahnen 6 vorgesehen ist. Es kann alternativ aber auch sein, dass zwei Führungsbahnen 6 je Pendelmasse 4 vorgesehen sind.
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Durch eine gezielte Anpassung der Drehbewegung der Pendelmasse 4 um den eigenen Schwerpunkt 8 im Verhältnis zur Schwingung der Pendelmasse 4 um die Kurbelwelle bzw. um die Drehachse 2 wird erreicht, dass es einen Punkt auf der Pendelmasse 4 gibt, dessen Abstand R' zur Kurbelwellenachse 2 während der kompletten Schwingbewegung konstant bleibt, der isoradiale Punkt 11. Gleichzeitig wird die Schwerpunktsbahn 9 der Pendelmasse 4 so angepasst, dass die Schwingordnung des Systems, trotz veränderlicher Eigenrotation der Pendelmasse 4, über den Schwingwinkel konstant bleibt bzw. einem vorgegebenen Verlauf folgt. Dadurch ist auch der Abstand a zum isoradialen Punkt 11 der benachbarten Pendelmasse 4 während der kompletten Schwingbewegung konstant, sofern beide Pendelmassen 4 die gleiche Schwingung ausführen bzw. die gleiche Schwerpunktsbahn 9 aufweisen. Dadurch ist es möglich, die einzelnen Pendelmassen 4 mittels eines Koppelelements 10, wie beispielswiese eines Synchronrings, zu koppeln und eine Synchronisierung der Schwingbewegung der Pendelmassen 4 zu erreichen, ohne dass dadurch eine Beeinflussung der Schwingordnung erfolgt. Erst wenn die Pendelmassen 4 beginnen, asynchron zu schwingen, würde sich der Abstand a zwischen den isoradialen Punkten 11 verändern, was jedoch durch das Koppelelement 10 verhindert wird. Das Koppelelement 10 ist dabei bevorzugt ein starres Ringelement.
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Ein Vorteil ist, dass die Pendelmassen 4 synchron schwingen können und dabei eine gegenseitige Beeinflussung der Pendelmassen 4 bzw. eine gegenseitige Behinderung während des Schwingens im Wesentlichen nicht mehr stattfinden kann. Somit ist es möglich auch bei niedrigen Ordnungen bzw. bei störenden Einflüssen von außen den Bauraum optimal auszunutzen und ein höheres Rückstellmoment zu erreichen, als dies ohne Synchronisation möglich wäre.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Geräuschproblematik bei einem Start/Stopp des Motors bzw. bei einem Herunterfallen der Pendelmassen aufgrund geringer Fliehkräfte in diesem Betriebspunkt reduziert ist. Durch die Kopplung mittels des Koppelelements 10 ist es nicht mehr möglich, dass einzelne Pendelmassen aufgrund der Schwerkraft herunterfallen bzw. gegeneinander schlagen und somit störende Geräusche verursachen.
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Für die Anbindung der Pendelmasse 4 an das Koppelelement 10 kann neben der Verwendung von Wälz- oder Gleitlagern auch eine andere Form eines Gelenks, wie beispielsweise eine Blattfeder, vorgesehen sein.
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Die Lage des Koppelpunktes als isoradialer Punkt 11 kann frei gewählt werden. Bevorzugt ist jedoch ein Bereich am Rand der Pendelmasse 4, besonders bevorzugt an einem Randbereich mit möglichst großem Abstand zum Schwerpunkt 8 der Pendelmasse 4 und mit möglichst geringem Abstand zur Drehachse 2.
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Für den Verlauf von β', also dem Verhältnis von Änderung des Eigenrotationswinkels der Pendelmasse 4 zu der Änderung des Schwingwinkels der Pendelmasse 4 bezüglich der Drehachse 2, wird ein Verhältnis zwischen 0,5 bis 1,5 angestrebt. Das Verhältnis kann aber auch größer oder kleiner als der angegebene Bereich von 0,5 bis 1,5 sein, also kleiner als 0,5 oder größer als 1,5. Dabei ist zu erwähnen, dass das Winkelverhältnis bei Auslenkung der Pendelmasse, ausgehend von der in 1 gezeigten Mittellage, auch Vertexlage genannt, in positive Richtung größer 1, bei Auslenkung in negative Richtung kleiner 1 ist, oder umgekehrt.
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Das Koppelelement 10, wie der Synchronring, ist bevorzugt radial innen, insbesondere zwischen den Pendelmassen 4 und der Drehachse 2 angebracht. Möglich ist auch eine Anordnung radial außen oder axial versetzt auf Höhe der Pendelmassen 4 denkbar.
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Das Koppelelement ist vorzugsweise mittels eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers auf der Drehachse 2, wie einer Kurbelwelle, oder am Flanschelement 3 gelagert. Alternative Arten einer Lagerung oder auch Varianten ohne spezielle Lagerung des Koppelelements sind denkbar.
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Diese erläuterte Form der Synchronisierung bzw. Kopplung von Pendelmassen 4 eignet sich für alle Anwendungen, bei welchen zwei oder mehrere Pendelmassen 4 miteinander gekoppelt sind. Besonders vorteilhaft ist dies bei Anwendungen, bei welchen die Schwingordnung kleiner oder gleich der 2. Ordnung ist.
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Gemäß einem weiteren Gedanken ist es besonders vorteilhaft, wenn der Schwerpunkt der Pendelmasse radial über dem Kontaktpunkt der Rolle im Flansch liegt. Die 2 zeigt ebenso vorteilhaft, dass der Schwerpunkt der Pendelmasse radial innerhalb des Kontaktpunkts der Rolle im Flansch liegt.
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Die 1 bis 3 erläutern die grundsätzliche, beispielhafte Ausgestaltung eines so genannten Isoradialpendels als Fliehkraftpendeleinrichtung. Die 4 bis 8 zeigen schematische Teildarstellungen von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtungen.
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Die 4 und 5 zeigen in verschiedenen Betriebssituationen jeweils eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fliehkraftpendeleinrichtung 101. In 4 ist die Fliehkraftpendeleinrichtung 101 in einer mittigen, neutralen Betriebsstellung, in welcher die Pendelmassen mittig angeordnet sind und nicht gesperrt sind und in 5 sind die Pendelmassen 104 maximal ausgelenkt und gesperrt.
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Die 4 und 5 zeigen eine Fliehkraftpendeleinrichtung 101 mit zumindest einem um eine Drehachse 102 verdrehbaren Flanschelement 103, welches antriebsseitig angeordnet ist. Das zumindest eine Flanschelement 103 kann beispielweise als ein Flanschelement 103 oder als zwei parallel angeordnete Flanschelemente 103 ausgebildet sein. Das zumindest eine Flanschelement 103 ist antriebsseitig angeordnet, was bedeutet, dass es beispielsweise von einem Antriebsstrang antreibbar ist. Der Antriebsstrang kann dabei beispielsweise von einem Kraftfahrzeug sein.
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Die Fliehkraftpendeleinrichtung 101 ist mit zumindest einem Flanschelement 103 als Trägerelement ausgebildet gezeigt. Dabei sind durchaus Varianten bekannt, bei welchen an einem Flanschelement 103 beiderseits des Flanschelements 103 Pendelmassen 104 angeordnet sind und es sind auch Fliehkraftpendeleinrichtungen 101 bekannt, bei welchen zwei parallel angeordnete Flanschelemente 103 vorgesehen sind, wobei die Pendelmassen 104 zwischen den beiden Flanschelementen 103 angeordnet sind. Dabei ist die jeweilige Pendelmasse 104 durch jeweils zumindest eine Führungsbahn 106 in der Pendelmasse 104 und einer Führungsbahn 106' im Flanschelement 103 und mittels zumindest eines Rollenelements 107 verlagerbar geführt, wobei das Rollenelement 107 in die Führungsbahnen 106, 106' eingreift.
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An dem zumindest einen Flanschelement 103 sind die Pendelmassen 104 als Fliehgewichte verlagerbar angelenkt angeordnet. Die Pendelmassen 104 sind an dem zumindest einen Flanschelement 103 über den Umfang verteilt angeordnet und sie sind mittels Pendellagern 105 an dem zumindest einen Flanschelement 103 gelagert angelenkt. Dabei sind die Pendelmassen 104 gegenüber dem zumindest einen Flanschelement 103 mittels der aus jeweils auf Führungsbahnen 106, 106' des zumindest einen Flanschelements 103 und der Pendelmassen 104 abwälzenden Rollenelementen 107 gebildeten Pendellagern 105 im Fliehkraftfeld des Flanschelements 103 um eine Nulllage mit einem vorgegebenen Schwingwinkel α pendelfähig und während einer Pendelbewegung um deren Schwerpunkt 108 teilweise verdrehbar aufgehängt und damit beweglich gelagert. Die Pendel- und Rotationsbewegung der jeweiligen Pendelmasse 104 ist durch die Ausbildung der Führungsbahnen 106, 106' in den Pendelmassen 104 und in dem Flanschelement 103 sowie eines Koppelelements 110 vorgegeben. Dadurch kann die Pendelmasse 104 eine Pendelbewegung bzw. Schwingbewegung des Schwerpunkts 108 entlang einer Schwerpunktsbahn 109 vollziehen und eine Drehbewegung der Pendelmasse 104 um den Schwerpunkt 108 vollziehen.
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Die Pendelmassen 104 sind mit dem Koppelelement 110 miteinander gekoppelt. Dabei ist das Koppelelement 110 an der jeweiligen Pendelmasse 104 an einem isoradialen Punkt 111 angreifend ausgebildet. Der isoradiale Punkt 111 ist dabei ein Punkt, welcher während einer Pendel- und Rotationsbewegung der Pendelmassen 104 auf gleicher radialer Höhe R' verbleibt, wobei auch der jeweilige Abstand a der isoradialen Punkte 111 der jeweiligen Pendelmassen 104 bei einer synchronen Bewegung der Pendelmassen 104 relativ zueinander konstant bleibt.
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Das Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist derart ausgebildet, dass das Koppelelement 110 als ein Ringelement ausgebildet ist, das radial innerhalb der Pendelmassen 104 angeordnet ist und verdrehbar, insbesondere verdrehbar gelagert, angeordnet ist. Alternativ dazu könnte das Koppelelement 110 auch als Ringelement ausgebildet sein, welches radial außerhalb der Pendelmassen 104 angeordnet ist.
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Das Koppelelement 110 ist relativ zu dem zumindest einen Flanschelement 103 verdrehbar, insbesondere verdrehbar gelagert, angeordnet. Es kann dazu mittels Lagermitteln am Flansch 103 abgestützt und gelagert sein. Das Koppelelement 110 kann aber auch frei verdrehbar angeordnet sein.
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Das Ausführungsbeispiel der 4 und 5 zeigt, dass das Koppelelement 110 radial vorstehende Arme 112 aufweist, mittels welchen jeweils eine der Pendelmassen 104 an ihrem isoradialen Punkt 111 koppelbar sind. Statt der Arme 112 können aber auch andere Arten der Anlenkung vorgesehen sein.
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Für die Kopplung zwischen der jeweiligen Pendelmasse 104 und dem Koppelelement 110 bzw. dem Arm 112 sind vorzugsweise Gleit- oder Wälzlager vorgesehen, was eine reibungsarme Verbindung bewirkt.
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In den 4 und 5 ist zu erkennen, dass die Fliehkraftpendeleinrichtung 101 zumindest eine Sperreinrichtung 150 vorgesehen aufweist, mittels welcher die Verlagerbarkeit des Koppelelements 110 sperrbar und/oder freigebbar ist. Dabei kann die Sperreinrichtung 150 das Koppelelement 110 in zumindest einem Betriebszustand sperren bzw. freigeben, um die Verlagerbarkeit der Pendelmassen 104 zu sperren bzw. freizugeben. Dadurch kann erreicht werden, dass die Pendelmassen 104 nicht an den Endbereichen der Führungsbahnen 106, 106' anschlagen.
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So ist die Verlagerbarkeit des Koppelelements 110 mittels der Sperreinrichtung 150 beispielsweise derart sperrbar, dass die Pendelmassen 104 in zumindest einem Endbereich ihres Schwingwinkels, siehe 5, durch die Sperrung des Koppelelements 110 in ihrer Schwingung begrenzbar oder blockierbar sind.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Sperreinrichtung 150 derart ausgebildet ist, dass sie bei einem Motorstopp aufgrund der vorliegenden Verzögerung des Flanschelements 103 das Koppelelement 110 sperrt, so dass bei einem zeitlich nachfolgenden Motorstart das Koppelelement 110 noch gesperrt ist. Aufgrund der nach dem Motorstart ansteigenden Drehzahl vergrößert sich die Fliehkraft und das Koppelelement 110 wird wieder freigegeben.
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Die 4 und 5 zeigen, dass die Sperreinrichtung 150 ein erstes Halteelement 151 aufweist, welches mit dem Flanschelement 103 verbunden ist und ein zweites Halteelement 152 aufweist, welches mit dem Koppelelement 110 verbunden ist, wobei das erste Halteelement 151 mit dem zweiten Halteelement 152 in Zusammenwirken bringbar ist, um die Verlagerbarkeit des Koppelelements 110 relativ zum Flanschelement 103 zu sperren. Auch ist das erste Halteelement 151 mit dem zweiten Halteelement 152 aus dem Zusammenwirken bringbar, um die Verlagerbarkeit des Koppelelements 110 relativ zum Flanschelement 103 freizugeben.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist das erste Halteelement 151 ein erstes Formschlusselement und das zweite Halteelement 152 ein zweites Formschlusselement, so dass zwischen dem ersten Halteelement 151 und dem zweiten Halteelement 152 eine formschlüssige Verbindung bewirkbar und/oder freigebbar ist.
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Die 4 und 5 zeigen, dass das erste Halteelement 151 einen Arm 153 mit Drehgelenk 154 aufweist, welcher federbelastet mit der Feder 155 ist und um das Drehgelenk 154 verdrehbar ist. Am Ende des Arms 153 ist ein nach radial innen gerichteter Vorsprung 156 als Formschlusselement. Das zweite Halteelement 152 ist als nach radial außen gerichteter Vorsprung 157 ausgebildet.
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In 4 ist die Fliehkraftpendeleinrichtung in einem neutralen Betriebspunkt und die Pendelmassen 104 sind in einer mittigen Stellung. In diesem Betriebspunkt sind die Halteelemente 151, 152 voneinander beabstandet und ohne Sperrwirkung.
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In 5 ist die Fliehkraftpendeleinrichtung in einem Betriebspunkt mit maximaler Auslenkung der Pendelmassen 104. Die Pendelmassen sind in einer Stellung des maximalen Schwingwinkels. In diesem Betriebspunkt sind die Halteelemente 151, 152 aufeinander zu gefahren und miteinander in Sperrung verschoben mit entsprechender Sperrwirkung zwischen dem Koppelelement 110 und dem Flansch 103.
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Die 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fliehkraftpendeleinrichtung 201, welches ähnlich dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist, wobei die Sperreinrichtung 250 unterschiedlich ausgebildet ist. Hinsichtlich der anderen Merkmale wird auf die Beschreibung der 4 und 5 verwiesen.
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In 6 weist die Sperreinrichtung 250 ein erstes Halteelement 251 als Formschlusselement an der jeweiligen Pendelmasse 204 auf und an dem Koppelelement 210 ist ein Halteelement 252 als Klippelement bzw. als Formschlusselement angeordnet. Wird die jeweilige Pendelmasse 204 ausgelenkt, so wird das Halteelement 251 gegen das Halteelement 252 gedrückt und so wird das Koppelelement 210 gesperrt.
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Die 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fliehkraftpendeleinrichtung 301, welches ähnlich dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist, wobei die Sperreinrichtung 350 unterschiedlich ausgebildet ist. Hinsichtlich der anderen Merkmale wird auf die Beschreibung der 4 und 5 verwiesen.
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Das erste Halteelement 351 ist als ein erstes Kraftschlusselement ausgebildet und das zweite Halteelement 352 ist als ein zweites Kraftschlusselement ausgebildet, so dass zwischen dem ersten Halteelement 351 und dem zweiten Halteelement 352 eine kraftschlüssige Verbindung bewirkbar und/oder freigebbar ist. Dabei ist das erste Halteelement 351 insbesondere ein erstes Reibschlusselement und das zweite Halteelement 352 insbesondere ein zweites Reibschlusselement, so dass zwischen dem ersten Halteelement und dem zweiten Halteelement eine reibschlüssige Verbindung bewirkbar und/oder freigebbar ist.
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Die 7 zeigt, dass das erste Halteelement 351 einen Arm 353 mit Drehgelenk 354 aufweist, welcher federbelastet mit der Feder 355 ist und um das Drehgelenk 354 verdrehbar ist. Am Ende des Arms 353 ist eine nach radial innen gerichtete Reibfläche 356 vorgesehen. Das zweite Halteelement 352 weist eine nach radial außen gerichtete Reibfläche 357 auf. In 7 ist die Fliehkraftpendeleinrichtung in einem neutralen Betriebspunkt und die Pendelmassen 304 sind in einer mittigen Stellung. In diesem Betriebspunkt sind die Halteelemente 351, 352 voneinander beabstandet und ohne Sperrwirkung. In einem Betriebspunkt ähnlich zu 5 wäre die Reibfläche 356 in Reibkontakt mit der Reibfläche 357.
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Sowohl in dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 als auch in dem Ausführungsbeispiel der 7 ist der Arm 153, 353 entgegen der Federwirkung der Feder 155, 355 verdrehbar und er wird bei steigender Fliehkraftwirkung auf den Arm 153, 353 nach radial außen gedrängt, so dass die form- oder reibschlüssige Verbindung zwischen den Halteelementen 151, 152 bzw. 351, 352 gelöst wird.
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Entsprechend ist das erste Halteelement 151, 351 ein mit dem Flanschelement 103, 303 verbundenes und unter Fliehkrafteinwirkung verlagerbares Element und das zweite Halteelement 152, 352 ist ein mit dem Koppelelement 110, 310 verbundenes, starres Element. Alternativ kann es auch sein, dass das erste Halteelement ein mit dem Flanschelement verbundenes, starres Element ist und dass das zweite Halteelement ein mit dem Koppelelement verbundenes, verlagerbares Element ist. Auch kann jedes der Halteelemente starr verbunden oder verlagerbar angeordnet sein.
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Die 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Fliehkraftpendeleinrichtung 401, welches ähnlich dem Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ist, wobei die Sperreinrichtung 450 unterschiedlich ausgebildet ist. Hinsichtlich der anderen Merkmale wird auf die Beschreibung der 4 und 5 verwiesen.
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In 8 weist die Sperreinrichtung 450 ein erstes Halteelement 451 als magnetisches Element an dem Flansch auf und an dem Koppelelement 410 ist ein Halteelement 452 als magnetisches Element angeordnet. Wird die jeweilige Pendelmasse 404 ausgelenkt, so wird das Halteelement 452 zu dem Halteelement 451 verfahren und das Koppelelement 410 wird in seiner Verdrehbarkeit gesperrt, wenn sich die magnetischen Halteelemente anziehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendeleinrichtung
- 2
- Drehachse bzw. Kurbelwellenachse
- 3
- Flanschelement
- 4
- Pendelmasse
- 5
- Pendellager
- 6
- Führungsbahn
- 6'
- Führungsbahn
- 7
- Rollenelement
- 8
- Schwerpunkt
- 9
- Schwerpunktsbahn
- 10
- Koppelelement
- 11
- isoradialer Punkt
- 12
- radial vorstehender Arm
- 13
- Gleit- oder Wälzlager
- 101
- Fliehkraftpendeleinrichtung
- 102
- Drehachse
- 103
- Flanschelement
- 104
- Pendelmasse
- 105
- Pendellager
- 106
- Führungsbahn
- 106'
- Führungsbahn
- 107
- Rollenelement
- 108
- Schwerpunkt
- 109
- Schwerpunktsbahn
- 110
- Koppelelement
- 111
- isoradialer Punkt
- 112
- radial vorstehende Arme
- 150
- Sperreinrichtung
- 151
- erstes Halteelement
- 152
- zweites Halteelement
- 153
- Arm
- 154
- Drehgelenk
- 155
- Feder
- 156
- nach radial innen gerichteter Vorsprung
- 157
- nach radial außen gerichteter Vorsprung
- 201
- Fliehkraftpendeleinrichtung
- 204
- Pendelmasse
- 210
- Koppelelement
- 250
- Sperreinrichtung
- 251
- erstes Halteelement
- 252
- zweites Halteelement
- 301
- Fliehkraftpendeleinrichtung
- 303
- Flanschelement
- 304
- Pendelmasse
- 310
- Koppelelement
- 350
- Sperreinrichtung
- 351
- erstes Halteelement
- 352
- zweites Halteelement
- 353
- Arm
- 354
- Drehgelenk
- 355
- Feder
- 356
- nach radial innen gerichtete Reibfläche
- 357
- nach radial außen gerichtete Reibfläche
- 401
- Fliehkraftpendeleinrichtung
- 404
- Pendelmasse
- 410
- Koppelelement
- 450
- Sperreinrichtung
- 451
- erstes Halteelement
- 452
- zweites Halteelement
