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Die Erfindung betrifft eine Ringpendeleinrichtung insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zwei um eine Drehachse angeordneten und gegeneinander begrenzt um die Drehachse verdrehbaren Masseeinheiten, wobei zwischen den Masseeinheiten über den Umfang verteilt angeordnete, unter Fliehkrafteinwirkung der um die Drehachse drehenden Ringpendeleinrichtung nach radial außen in eine Nulllage beschleunigte Pendelmassen wirksam angeordnet sind, indem zwischen einer Masseeinheit und jeweils einer Pendelmasse ein Pendellager und zwischen der anderen Masseeinheit und jeweils einer Pendelmasse ein gegenüber den Pendellagern in Umfangsrichtung beabstandetes, eine begrenzte Radialbewegung der Pendelmassen zulassendes Drehlager angeordnet ist.
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Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen weisen eine drehschwingungsbehaftete Brennkraftmaschine auf, so dass zu deren Beruhigung unterschiedliche Drehschwingungsisolationseinrichtungen, beispielsweise Drehschwingungsdämpfer, Fliehkraftpendel und/oder andere Massetilger bekannt sind.
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Fliehkraftpendel dienen der drehzahladaptiven Drehschwingungsisolation. Die Drehschwingungsisolierung erfolgt, indem im Fliehkraftfeld pendelnd an einem Trägerteil aufgehängte Pendelmassen zwischenzeitlich von Drehmomentspitzen eingetragene Energie als potentielle Energie speichern und danach wieder an den Antriebsstrang abgeben.
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Wie beispielsweise aus den Druckschriften
WO2014/023303 A1 und
DE 10 2013 201 981 A1 bekannt, können ein oder mehrere Fliehkraftpendel an einem Drehschwingungsdämpfer, entsprechend der Druckschrift
WO2014/114 280 A1 an einer Kupplungsscheibe, entsprechend der Druckschrift
EP 2 600 030 A1 an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, an einem Gehäuse einer Reibungskupplung oder an ähnlichen Stellen des Antriebsstrangs vorgesehen sein.
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Hierbei sind die Pendelmassen an einem um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Trägerteil wie beispielsweise einem Pendelmassenträger mittels zweier in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager entlang einer durch Pendellager vorgegebenen Pendelbahn im Fliehkraftfeld des um die Drehachse drehenden Trägerteils pendelfähig aufgenommen. Die Effektivität der Drehschwingungsisolation hängt dabei neben der Masse der Pendelmassen wesentlich von deren Radius gegenüber der Drehachse ab.
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Weiterhin ist aus der Druckschrift
DE 10 2011 101 977 A1 ein Drehschwingungsdämpfer bekannt, bei dem ein zur Drehachse zentrisch gelagertes ringförmiges Massependel vorgesehen ist, das von einem Bauteil des Drehschwingungsdämpfers über einen begrenzten Verdrehwinkel mittels einer Verzahnung drehangetrieben ist.
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Weiterhin ist in der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2017 130 544.0 eine Ringpendeleinrichtung beschrieben, bei der zwei begrenzt um eine Drehachse gegeneinander verdrehbare Masseeinheiten vorgesehen sind, von denen eine Masseeinheit als Trägerteil ausgebildet und drehangetrieben ist und zwischen den beiden Masseeinheiten über den Umfang verteilt angeordnete Pendelmassen vorgesehen sind, wobei zwischen diesen und einer Masseeinheit Pendellager und zwischen diesen und der anderen Masseeinheit eine radial begrenzte Bewegung der Pendelmassen zulassende Drehlager vorgesehen sind. Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Ringpendeleinrichtung. Insbesondere soll eine derartige Ringpendeleinrichtung einen Betrieb in einer nassen Umgebung ermöglichen.
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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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Die vorgeschlagene Ringpendeleinrichtung dient der Drehschwingungsisolation insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer drehschwingungsbehafteten Brennkraftmaschine. Die Ringpendeleinrichtung ist dabei mittels einer Abstimmordnung bevorzugt auf eine Haupterregerfrequenz der Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Tilgerordnung abgestimmt. Bei der Ringpendeleinrichtung handelt es sich um einen drehzahladaptiven Drehschwingungstilger, der gegenüber einem gewöhnlichen Fliehkraftpendel bei im Wesentlichen gleichem Bauraumanspruch eine höhere tilgende Masse und damit ein verbessertes Drehschwingungsisolationsvermögen aufweist.
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Hierzu enthält die Ringpendeleinrichtung zwei um eine Drehachse gegeneinander begrenzt verdrehbar angeordnete Masseeinheiten, wobei eine Masseeinheit ein um die Drehachse drehangetriebenes Trägerteil bildet. Die andere Masseeinheit kann eine Ringtilgermasse bilden, die aus einem einzelnen oder mehreren Masseringen gebildet sein kann. Die Ringpendeleinrichtung kann beispielsweise in das Gehäuse eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers oder in eine andere Antriebsstrangeinrichtung mit Nassbetrieb integriert sein.
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Zwischen einer Masseeinheit und über den Umfang verteilt angeordneten Pendelmassen ist jeweils ein Pendellager ausgebildet. Die Pendelmassen sind dabei mit der anderen Masseeinheit einseitig in radiale Richtung begrenzt verdrehbar gelagert. Diese Lagerung zwischen einer Pendelmasse und dieser Masseeinheit kann beispielsweise als Gleitlager, als Wälzlager, als Gelenkverbindung, wie beispielsweise Festgelenk, oder dergleichen ausgebildet sein.
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Durch diesen kinematischen Aufbau sind die Pendelmassen fliehkraftabhängig verlagerbar und verdrehen bei einer radialen Verlagerung entlang einer von den Pendellagern vorgegebenen Pendelbahn die als Ringtilgermasse ausgebildete Masseeinheit, so dass eine drehzahladaptive Tilgerwirkung mittels der Pendelmassen und der Ringtilgermasse erfolgt und damit eine besonders effektive Bauraumnutzung der vorgeschlagenen Ringpendeleinrichtung erfolgt.
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Die Ringpendeleinrichtung kann in zwei Grundausführungen vorgesehen sein. In einer ersten Grundausführung sind die Pendellager zwischen der als Ringtilgermasse ausgebildeten Masseeinheit und den Pendelmassen ausgebildet. Die als Trägerteil ausgebildete Masseeinheit bildet dabei die einseitigen Lagerungen zu den Pendelmassen aus, so dass die Pendelmassen axial und in Umfangsrichtung fest und in radiale Richtung begrenzt verlagerbar ausgebildet sind. Die Pendelmassen sind damit zentriert an dem Trägerteil aufgenommen und werden von diesem in Umfangsrichtung angetrieben.
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In einer zweiten Grundausführung der Ringpendeleinrichtung sind die Pendellager zwischen der als Trägerteil ausgebildeten Masseeinheit und den Pendelmassen vorgesehen, während die endseitigen Lagerungen der Pendelmassen zwischen der als Ringtilgermasse ausgebildeten Masseeinheit und den Pendelmassen vorgesehen sind. Hierbei werden die Pendelmassen von dem Trägerteil über die Pendellager angetrieben und sind axial und in Umfangsrichtung fest an der Ringtilgermasse aufgenommen und treiben diese in Umfangsrichtung an. Die Pendelmassen sind an der Ringtilgermasse axial zentriert.
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Die die Lagerungen zu den Pendelmassen ausbildende Masseeinheit kann radial erweiterte Arme aufweisen, an denen jeweils eine Lagerung zu einer in Umfangsrichtung ausgebildeten Endseite der Pendelmassen ausgebildet ist. In den in Umfangsrichtung zwischen den Armen ausgebildeten Aussparungen wie Freiräumen können die Pendellager zwischen den Pendelmassen und der anderen Masseeinheit ausgebildet sein. Auf diese Weise können Lagerungen und Pendellager auf dem gleichen oder zumindest ähnlichen Radius angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Ringpendeleinrichtung können die Masseeinheiten auf einer axialen Höhe angeordnete, also radial fluchtende, radial übereinander angeordnete Flanschbereiche ausbilden, an denen beidseitig Pendelmassen angeordnet sind, wobei axial gegenüberliegende Pendelmassen miteinander verbunden sind. Hierbei sind an einem Flanschbereich die Pendellager und an dem anderen Flanschbereich die Lagerungen gegenüber den Pendelmassen vorgesehen. Die Pendelmassen können beide Flanschbereiche radial überschneiden.
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Zum verbesserten Einsatz der vorgeschlagenen Ringpendeleinrichtung in nasser Umgebung, beispielsweise in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler, einer nass betriebenen Reibungskupplung oder Doppelkupplung oder dergleichen ist die Ringpendeleinrichtung in einem mit Fluid befüllten Gehäuse untergebracht und eine beispielsweise auf eine Erregerordnung der Brennkraftmaschine ausgelegte Abstimmordnung der Ringpendeleinrichtung ist abhängig von zumindest einem Zustandsparameter des Fluids eingestellt. Im Gegensatz zum trockenen Betrieb leistet das beispielsweise das Gehäuse vollständig ausfüllende Fluid, beispielsweise Öl, Brems-, Hydraulikflüssigkeit, Wasser oder dergleichen mehr Widerstand bei der relativen Verlagerung der Masseeinheiten und/oder Pendelmassen gegeneinander, so dass eine ursprünglich auf einen trockenen Betrieb ausgelegte Ringpendeleinrichtung zur Beibehaltung der exakten Tilgerordnung beziehungsweise Erregerordnung mittels einer entsprechenden Anpassung der Abstimmordnung korrigiert wird.
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Neben der vorgeschlagenen Ringpendeleinrichtung selbst ist im Sinne der Erfindung auch das Verfahren zur Abstimmung der vorgeschlagenen Ringpendeleinrichtung umfasst.
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Hierbei ist die Abstimmordnung einer trocken betriebenen Ringpendeleinrichtung um eine auf einen Einfluss rückführbare Abstimmungsänderung korrigiert. Dies bedeutet, dass beispielsweise zuerst die Abstimmordnung der Ringpendeleinrichtung in trockenem Zustand ermittelt, beispielsweise empirisch und/oder mittels Berechnung bestimmt wird. Anschließend erfolgt anhand der physikalischen Eigenschaften des Fluids und der Betriebsparameter der Ringpendeleinrichtung eine Ermittlung des Einflusses auf die Ringpendeleinrichtung beispielsweise empirisch und/oder mittels Berechnung sowie die Abstimmungsänderung der trocken ermittelten Abstimmungsordnung. Es hat sich dabei gezeigt, dass abhängig von der Tilgerordnung, die sich beispielsweise je nach Zylinderzahl der Brennkraftmaschine und deren Arbeitsprinzip - 2-Takt oder 4-Takt - bei zwei Zylindern zu 1, bei drei Zylindern zu 1,5, bei vier Zylindern zu 2 und bei sechs Zylindern zu 3 ergibt, betragsmäßige Abweichungen der Abstimmordnungen beispielsweise abhängig von verschiedenen Bauformen der Ringpendeleinrichtung zwischen 0,020 und 0,280 ergeben.
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Die Abstimmordnung der Ringpendeleinrichtung ist beispielsweise abhängig vom Archimedischen Auftrieb, von der selbst temperaturabhängigen Viskosität des Fluids, abhängig von der Dichte des Fluids und/oder dergleichen korrigiert. Beispielsweise kann die Abstimmordnung abhängig von einem Verhältnis zwischen einer Dichte der Pendelmassen und der Dichte des Fluids korrigiert sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Abstimmordnung abhängig von einer Scherung des Fluids zwischen den Masseeinheiten und/oder zwischen Pendelmassen und/oder beider Masseeinheiten korrigiert sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Abstimmordnung abhängig von einer Verdrängung des Fluids durch die Masseeinheiten und/oder die Pendelmassen vorgesehen sein. Hierbei kann eine Masse der Pendelmassen um ein Vielfaches größer als eine durch diese verdrängte Masse des Fluids ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass die Masse der Pendelmassen beispielsweise durch Ausbildung deren Dicke viel größer als die verdrängte Masse des Fluids ausgebildet ist, um den Einfluss der Pendelbewegung der Pendelmassen weitgehend unabhängig von dem Fluid auszubilden.
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Zur Verringerung des Strömungswiderstands durch das Fluid bei einer Relativverlagerung der Pendelmassen und/oder Masseeinheiten gegeneinander können in den Masseeinheiten und/oder in den Pendelmassen Öffnungen zur Ausbildung von Ausgleichsströmungen des Fluids vorgesehen sein, so dass übermäßige Fluidstauungen zumindest verringert werden.
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Mit anderen Worten wird eine Verschiebung der Abstimmungsordnung infolge eines Fluideinflusses anhand bevorzugt aller relevanten Effekte des Fluids in der Auslegung der Ringpendeleinrichtung korrigiert. Die abweichende Abstimmungsordnung wird dabei in bevorzugter Weise abhängig von der Viskosität und der Dichte des Fluids korrigiert. Die Abstimmordnung AO wird beispielsweise aus der Abstimmungsordnung AO(tr) der Ringpendeleinrichtung im trockenen Zustand und der durch den Fluideinfluss bedingten Abtimmungsänderung A(fl) wie folgt berechnet:
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Im Einzelnen kann die Abstimmungsänderung A(fl) aus folgenden Einflüssen des Fluids ermittelt werden:
- - Archimedischer Auftrieb bezüglich der effektiven Dichte des Fluids und der Pendelmassen, das heißt, dem Dichteunterschied des Materials der Pendelmassen, beispielsweise Rohstahl abzüglich der Dichte des Fluids.
- - Ölscherung an den Pendelmassen bei der Hubbewegung der Pendelmassen, welche im Wesentlichen abhängig von der Temperatur und der Viskosität des Fluids bei dieser Temperatur ist.
- - Ölscherung der Masseeinheiten bei einer Rotationsbewegung gegeneinander, welche im Wesentlichen abhängig von der Temperatur und der Viskosität des Fluids bei dieser Temperatur ist.
- - Ölverdrängung der Masseeinheiten gegeneinander bei einer Rotationsbewegung, welche im Wesentlichen eine Funktion der hydraulischen Querschnitte ist.
- - Ölverdrängung der Pendelmassen zu den umliegenden Bauteilen bei deren Hubbewegung, welche im Wesentlichen eine Funktion der hydraulischen Querschnitte ist.
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Zusammengefasst ergeben diese Faktoren die sogenannte Abstimmungsänderung A(fl). Diese wird in bevorzugter Weise bei der Auslegung einer komplett im Fluid befindlichen Ringpendeleinrichtung berücksichtigt.
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Während sich der Archimedische Auftrieb und die Ölscherung nur bedingt durch die Wahl des vorgesehenen beziehungsweise vorgegebenen Fluides beeinflussen lassen, können abhängig von der Konstruktion der Ringpendeleinrichtung entsprechende Querschnitte bei aufeinander zulaufenden Geometrien vorgehalten werden, um den negativen Effekt der Ölverdrängung zu minimieren.
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Bezüglich der Ölverdrängung werden beispielsweise genügend große Querschnitte vorgehalten beziehungsweise wird eine maximale Wirkmasse der Bauteile der Ringpendeleinrichtung im vorhandenen Bauraum abhängig von für die Ölverdrängung erforderlichen Querschnitten eingestellt.
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Beispielsweise können große Querschnitte der Bauteile und kurze hydraulische Wege vorgesehen sein, indem zumindest teilweise Freisparungen, Bohrungen, Einprägungen, Kanäle, Nuten und/oder dergleichen in die Bauteile - Masseeinheiten und/oder Pendelmassen eingebracht sind, um radiale, axiale und/oder diagonale Ausgleichströmungen des Fluids im Betrieb der Ringpendeleinrichtung zu ermöglichen.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine Ansicht einer um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Ringpendeleinrichtung,
- 2 den oberen Teil der Ringpendeleinrichtung der 1 im Schnitt,
- 3 eine Ansicht einer gegenüber der Ringpendeleinrichtung der 1 und 2 abgeänderten Ringpendeleinrichtung,
- 4 den oberen Teil der Ringpendeleinrichtung der 3 im Schnitt und
- 5 ein Diagramm typischer Abstimmordnungsverschiebungen in nass betriebenen Ringpendeleinrichtungen abhängig von der Abstimmungsordnung.
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Die 1 und 2 zeigen in der Zusammenschau die in einem Gehäuse mit befülltem oder befüllbarem Fluid aufgenommene Ringpendeleinrichtung 1 in Ansicht und den oberhalb der Drehachse d angeordneten Teil dieser im Schnitt. Die beiden Masseeinheiten 2, 3 sind gegeneinander um die Drehachse d begrenzt verdrehbar angeordnet. Hierbei ist die Masseeinheit 2 als Trägerteil ausgebildet, welches drehangetrieben, beispielsweise mit einem Drehschwingungsdämpfer oder einem Turbinenrad eines Drehmomentwandlers verbunden ist. Die als Tilgerteil ausgebildete Masseeinheit 3 ist auf der Masseeinheit 2 axial fixiert und zentriert aufgenommen.
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An den radial erweiterten Armen 4 der Masseeinheit 2 sind mittels der Drehlager 5 die über den Umfang verteilt und beidseitig der Masseeinheit 3 angeordneten und miteinander an den Drehlagern 5 verbundenen Pendelmassen 6 radial verdrehbar aufgenommen. Zwischen der Masseeinheit 3 und den Pendelmassen 6 sind die Pendellager 7 vorgesehen, die unter Fliehkrafteinwirkung der um die Drehachse d drehenden Ringpendeleinrichtung 1 nach radial außen beschleunigt werden.
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Bei einem Eintrag von Drehschwingungen in die Masseeinheit 2 werden aufgrund der Massenträgheit der Masseeinheit 3 die Pendelmassen 6 bedingt durch die an den Pendellagern 7 eingestellte Pendelbahn nach radial innen verlagert und dabei die Masseeinheit 3 entgegen deren Massenträgheitsmoment verdreht, so dass durch die Verbindung dieser beiden Bewegungen ein drehzahladaptiver Tilgungseffekt der Drehschwingungen entsteht.
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Durch die Relativbewegungen der Masseeinheiten 2, 3 und Pendelmassen 6 wird das diese umgebene Fluid geschert und verdrängt, so dass die ursprünglich für den trockenen Betrieb vorgesehene Abstimmungsordnung der Ringpendeleinrichtung 1 auf eine Erregerordnung einer Brennkraftmaschine aufgrund der hierfür notwendigen hydraulischen Arbeit zu kleineren Tilgerordnungen verschoben wird. Diese Abstimmungsänderung wird in der Auslegung der Ringpendeleinrichtung 1 durch Masseanpassung der Pendelmassen 6 und der Masseeinheit 3, durch Änderungen der Laufbahnen 8, 9 der Pendellager 7 mit der Pendelrolle 10 kompensiert.
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Zur Verringerung der Störung der Abstimmungsordnung durch das Fluid sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in der Masseeinheit 3 radiale Aussparungen 11 und axiale Aussparungen 12 vorgesehen, wodurch bei einer Hubbewegung der Pendelmassen 7 ein Druckaufbau des Fluids vermindert wird.
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Die 3 und 4 zeigen die gegenüber der Ringpendeleinrichtung 1 der 1 und 2 abgeänderte Ringpendeleinrichtung 1a in Ansicht und im Schnitt. Im Unterschied zu der Ringpendeleinrichtung 1 ist die drehangetriebene, das Trägerteil bildende Masseeinheit 2a flanschförmig ausgebildet, an dem die die Tilgermasse bildende Masseeinheit 3a in Form von beidseitig an der Masseeinheit 2a angeordneten und mittels der Nietbolzen 17a miteinander verbundenen Ringteilen 13a gebildet ist. Hierbei sind die aus den Laufbahnen 8a, 9a und den Pendelrollen 10a gebildeten Pendellager 7a zwischen den Pendelmassen 6a und der Masseeinheit 2a vorgesehen und übertragen das auf die Pendelmassen 6a und die Masseeinheit 3a wirkende Drehmoment der Drehmomentschwingungen. Die Drehlager 5a sind zwischen den Armen 4a der Masseeinheit 3a, also der Tilgermasse und den Pendelmassen 6a ausgebildet. Zur elastischen Beschränkung des Verdrehwinkels der Masseeinheiten 2a, 3a und damit zur Schonung der Pendellager 7a sind zwischen Ausnehmungen 14a, 15a der Masseeinheiten 2a, 3a Druckfedern 16a aufgenommen.
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Die 5 zeigt das Diagramm 18 mit der durch den Einsatz in einer nassen Umgebung eines Fluids bedingten Abstimmungsänderung von typischen Ringpendeleinrichtungen, beispielsweise der Ringpendeleinrichtungen 1, 1a der 1 bis 4 über die Abstimmungsordnung AO einer trocken abgestimmten Ringpendeleinrichtung. Die Kurve 19 zeigt dabei die minimalen, die Kurve 20 die mittleren und die Kurve 21 die maximalen Abstimmungsänderungen bei Abstimmungsordnungen von 1, 1,5, 2 und 3. Mit zunehmender Abstimmungsordnung nimmt die Abstimmungsänderung A(fl) zu. Dies bedeutet, dass der Einfluss des Fluids bei Brennkraftmaschinen mit zunehmender Zylinderzahl zunimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ringpendeleinrichtung
- 1a
- Ringpendeleinrichtung
- 2
- Masseeinheit
- 2a
- Masseeinheit
- 3
- Masseeinheit
- 3a
- Masseeinheit
- 4
- Arm
- 4a
- Arm
- 5
- Drehlager
- 5a
- Drehlager
- 6
- Pendelmasse
- 6a
- Pendelmasse
- 7
- Pendellager
- 7a
- Pendellager
- 8
- Laufbahn
- 8a
- Laufbahn
- 9
- Laufbahn
- 9a
- Laufbahn
- 10
- Pendelrolle
- 10a
- Pendelrolle
- 11
- Aussparung
- 12
- Aussparung
- 13a
- Ringteil
- 14a
- Ausnehmung
- 15a
- Ausnehmung
- 16a
- Druckfeder
- 17a
- Nietbolzen
- 18
- Diagramm
- 19
- Kurve
- 20
- Kurve
- 21
- Kurve
- d
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/023303 A1 [0004]
- DE 102013201981 A1 [0004]
- WO 2014/114280 A1 [0004]
- EP 2600030 A1 [0004]
- DE 102011101977 A1 [0006]
- DE 102017130544 [0007]
