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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel zur Dämpfung von über eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten, mit deren Hilfe ein der Drehungleichförmigkeit entgegen gerichtetes Rückstellmoment erzeugt werden kann.
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Beispielsweise aus
DE 10 2008 059 297 A1 ist ein Fliehkraftpendel bekannt, bei dem eine über in entsprechenden Laufbahnen geführte Laufrollen relativ zu einem Trägerflansch verlagerbare Pendelmasse vorgesehen ist, die bei einer Drehzahlschwankung ein der Drehzahlschwankung entgegen gerichtetes Rückstellmoment zur Dämpfung der Drehzahlschwankung erzeugen kann.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit reduzierten Drehschwingungen ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Fliehkraftpendel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Fliehkraftpendel zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einem um eine Drehachse drehbaren Trägerflansch und einer relativ zu dem Trägerflansch über Pendelbahnen pendelbaren Pendelmasse zur Erzeugung eines der Drehungleichförmigkeit entgegen gerichteten Rückstellmoments, wobei ein Verhältnis zwischen einer Relativwinkelgeschwindigkeit eines Massenschwerpunkts der Pendelmasse relativ zum Trägerflansch und einem Drall der Pendelmasse für verschiedene Drehzahlen des Trägerflanschs im Wesentlichen konstant ist.
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Wenn das Verhältnis der Relativwinkelgeschwindigkeit und des Dralls über den designierten Drehzahlbereich des Trägerflanschs im Wesentlichen konstant ist, sind die Schwingungseigenschaften des Fliehkraftpendels im Wesentlichen unabhängig von der aktuellen Drehzahl. Eine Nichtlinearität der Fliehkraftpendelordnung bei verschiedenen Nenndrehzahlen des Antriebsstrangs ist dadurch vermieden, so dass das Dämpfungsvermögen des Fliehkraftpendels im Wesentlichen konstant bleibt. Dadurch können auch bei besonders niedrigen oder besonders hohen Drehzahlen Drehschwingungen mit einem hohen Dämpfungsvermögen gedämpft werden. Zudem ist es möglich harmonische Schwingungen höherer Ordnung zu vermeiden, die gegebenenfalls zu einem resonanzbedingten Aufschaukeln von Drehschwingungen führen könnten. Stattdessen kann der Massenschwerpunkt der Pendelmasse einen rein harmonischen, insbesondere monoharmonischen, Verlauf bei einem Auslenken aus der Nulllage um einen Zentralwinkel aufweisen. Durch die Proportionalität der Relativwinkelgeschwindigkeit zum Drall kann über den gesamten vorgesehenen Drehzahlbereich eine gute Drehschwingungsdämpfung erreicht werden, so dass ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit reduzierten Drehschwingungen ermöglicht ist.
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Die mindestens eine Pendelmasse des Fliehkraftpendels hat unter Fliehkrafteinfluss das Bestreben eine möglichst weit vom Drehzentrum entfernte Stellung anzunehmen. Die „Nulllage“ ist also die radial am weitesten vom Drehzentrum entfernte Stellung, welche die Pendelmasse in der radial äußeren Stellung einnehmen kann. Bei einer konstanten Antriebsdrehzahl und konstantem Antriebsmoment wird die Pendelmasse diese radial äußere Stellung einnehmen. Bei Drehzahlschwankungen lenkt die Pendelmasse aufgrund ihrer Massenträgheit entlang ihrer Pendelbahn aus. Die Pendelmasse kann dadurch in Richtung des Drehzentrums verschoben werden. Die auf die Pendelmasse wirkende Fliehkraft wird dadurch aufgeteilt in eine Komponente tangential und eine weitere Komponente normal zur Pendelbahn. Die tangentiale Kraftkomponente stellt die Rückstellkraft bereit, welche die Pendelmasse wieder in ihre „Nulllage“ bringen will, während die Normalkraftkomponente auf ein die Drehzahlschwankungen einleitendes Krafteinleitungselement, insbesondere eine mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors verbundene Schwungscheibe, einwirkt und dort ein Gegenmoment erzeugt, das der Drehzahlschwankung entgegenwirkt und die eingeleiteten Drehzahlschwankungen dämpft. Bei besonders starken Drehzahlschwankungen kann die Pendelmasse also maximal ausgeschwungen sein und die radial am weitesten innen liegende Stellung annehmen. Die in dem Trägerflansch und/oder in der Pendelmasse vorgesehenen Bahnen weisen hierzu geeignete Krümmungen auf, in denen ein insbesondere als Laufrolle ausgestaltetes, Koppelelement geführt sein kann. Vorzugsweise sind mindestens zwei Laufrollen vorgesehen, die jeweils an einer Laufbahn des Trägerflanschs und einer Pendelbahn der Pendelmasse geführt sind. Insbesondere ist mehr als eine Pendelmasse vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere Pendelmassen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt an dem Trägerflansch geführt. Die träge Masse der Pendelmasse und/oder die Relativbewegung der Pendelmasse zum Trägerflansch ist insbesondere zur Dämpfung eines bestimmten Frequenzbereichs von Drehungleichförmigkeiten, insbesondere einer Motorordnung des Kraftfahrzeugmotors, ausgelegt. Insbesondere ist mehr als eine Pendelmasse und/oder mehr als ein Trägerflansch vorgesehen. Beispielsweise sind zwei über insbesondere als Abstandsbolzen ausgestaltete Bolzen oder Niete miteinander verbundene Pendelmassen vorgesehen, zwischen denen in axialer Richtung des Drehschwingungsdämpfers der Trägerflansch positioniert ist. Alternativ können zwei, insbesondere im Wesentlichen Y-förmig miteinander verbundene, Flanschteile des Trägerflanschs vorgesehen sein, zwischen denen die Pendelmasse positioniert ist.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass der Massenschwerpunkt der Pendelmasse zwischen einer mittleren Nulllage und einer ausgelenkten Lage der Pendelmasse um einen Zentralwinkel α verschwenkbar ist und die Pendelmasse zwischen der mittleren Nulllage und der ausgelenkten Lage um den Massenschwerpunkt der Pendelmasse um einen Drehwinkel β verdrehbar ist, wobei die Pendelbahnen eine Abhängigkeit des Drehwinkel β von dem Zentralwinkel α derart vorgeben, dass bei der Bewegung der Pendelmasse zwischen der mittleren Nulllage und der ausgelenkten Lage das Verhältnis zwischen der Relativwinkelgeschwindigkeit des Massenschwerpunkts der Pendelmasse relativ zum Trägerflansch und der Drall der Pendelmasse im Wesentlichen konstant ist. Dadurch sind die Schwingungseigenschaften des Fliehkraftpendels im Wesentlichen unabhängig von der Amplitude der Drehungleichförmigkeit. Unabhängig davon wie stark die Pendelmasse aus ihrer Nulllage heraus um den Zentralwinkel α verschwenkt wird, kann über eine um den Drehwinkel β verkippte Stellung der Pendelmasse das Auftreten unerwünschter Oberschwingungen vermieden werden. Hierbei wird berücksichtigt, dass nicht nur ein durch die Relativbewegung des Massenschwerpunkts der Pendelmasse verursachtes Drehmoment, sondern auch eine Änderung des Massenträgheitsmoments der Pendelmasse durch ein Verdrehen der Pendelmasse um eine parallel zur Drehachse verlaufende und durch die Relativbewegung des Massenschwerpunkts verlagerte Achse einen Einfluss auf die Dämpfungseigenschaften des Fliehkraftpendels hat. Die hierzu erforderliche Koppelung des Zentralwinkels α mit dem Drehwinkel β kann durch eine geeignete Krümmung von Pendelbahnen der Pendelmasse und/oder eine geeignete Krümmung von Laufbahnen des Trägerflanschs erfolgen, die über ein Koppelelement, insbesondere ein in der Pendelbahn und in der Laufbahn eingesteckte Laufrolle, mit einander gekoppelt sind, um die gewünschte Pendel- und Kippbewegung der Pendelmasse zu erzwingen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Massenschwerpunkt der Pendelmasse zwischen einer mittleren Nulllage und einer ausgelenkten Lage der Pendelmasse um einen Zentralwinkel α verschwenkbar ist und ein Abstand a des Massenschwerpunkts der Pendelmasse zur Drehachse des Trägerflansch zwischen der mittleren Nulllage und der ausgelenkten Lage veränderbar ist, wobei die Pendelbahnen eine Abhängigkeit des Abstands a von dem Zentralwinkel α derart vorgeben, dass α2 und α2 linear abhängig und/oder zueinander proportional sind. Dadurch sind die Dämpfungseigenschaften des Fliehkraftpendels unabhängig von der aktuellen Nenndrehzahl des Trägerflanschs und der Amplitude der Drehungleichförmigkeit, die von dem Fliehkraftpendel gedämpft werden soll. Die Pendelbewegung der Pendelmasse kann mit einer drehzahlproportionalen Eigenfrequenz erfolgen, die auch von der Amplitude der Drehungleichförmigkeit unabhängig sein kann.
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Besonders bevorzugt weist die mindestens eine Pendelmasse zwei zueinander beabstandete gekrümmt verlaufende Pendelbahnen auf, wobei die Pendelmasse über jeweils ein in die jeweilige Pendelbahn und eine gekrümmt verlaufende Laufbahn des Trägerflanschs eingestecktes Koppelelement, insbesondere Laufrolle, mit dem Trägerflansch gekoppelt ist. Im Vergleich zu einem monofilaren Fliehkraftpendel, bei dem die Pendelmasse nur an einer Stelle mit dem Trägerflansch gekoppelt ist, ermöglicht die Koppelung der Pendelmasse mit dem Trägerflansch an zwei Stellen ein bewusst gesteuertes Verdrehen und/oder Verkippen der Pendelmasse bei einer Auslangbewegung aus der Nulllage heraus.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Draufsicht auf ein Fliehkraftpendel und
- 2: eine schematische Prinzipdarstellung einer Pendelmasse des Fliehkraftpendels aus 1 in einer Nulllage und einer ausgelenkten Lage.
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Das in 1 dargestellte Fliehkraftpendel 10 weist einen Trägerflansch 12 auf, der in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verbaut werden kann, beispielsweise indem der Trägerflansch 12 mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors direkt oder indirekt verbunden wird. An dem Trägerflansch 12 sind in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Pendelmassen 14 pendelbar geführt. Hierzu weist die jeweilige Pendelmasse 14 zwei zueinander beabstandete gekrümmte Pendelbahnen 16 auf, in denen jeweils ein als Laufrolle ausgestaltetes Koppelelement 18 eingesteckt ist. Das Koppelelement 18 ist zusätzlich in eine gekrümmte Laufbahn 20 des Trägerflanschs 12 eingesteckt. Die Krümmungen der Pendelbahnen 16 und der Laufbahnen 20 sind derart gewählt, dass eine Relativwinkelgeschwindigkeit eines Massenschwerpunkts 22 der Pendelmasse 14 relativ zum Trägerflansch und ein Drall der Pendelmasse 14 über den gesamten vorgesehenen Drehzahlbereich des Trägerflanschs zueinander proportional sind.
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Wie in 2 dargestellt, kann die Pendelmasse 14 zwischen einer mit durchgezogenen Linien dargestellten mittigen Nulllage und einer mit gestrichelten Linien dargestellten ausgelenkten Lage ausgelenkt werden. Hierbei kann der Massenschwerpunkt 22 um einen Zentralwinkel α verschwenkt werden. Aufgrund der Krümmungen der Pendelbahnen 16 und der Laufbahnen 20 kann sich ein Abstand a des Massenschwerpunkts 22 zu einer Drehachse 24 des Trägerflanschs 12 verändern. Der Abstand a ist in der Nulllage größer als in der ausgelenkten Lage. Gleichzeitig kann die Pendelmasse 14 bei ihrer Pendelbewegung aus der Nulllage heraus in die ausgelenkte Lage in ihrem Massenschwerpunkt 22 um einen Drehwinkel β verdreht beziehungsweise verkippt werden, wodurch sich das Massenträgheitsmoment der Pendelmasse 14 ebenfalls ändert. Beispielsweise kann die Pendelmasse bei einem Auslenken aus der Nulllage heraus derart um ihren Massenschwerpunkt 22 verdreht werden, dass das Massenträgheitsmoment der Pendelmasse 14 auch bei einer Veränderung des Abstands a des Massenschwerpunkts 22 der Pendelmasse 14 zur Drehachse 24 des Trägerflanschs 12 im Wesentlichen konstant bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fliehkraftpendel
- 12
- Trägerflansch
- 14
- Pendelmasse
- 16
- Pendelbahn
- 18
- Koppelelement
- 20
- Laufbahn
- 22
- Massenschwerpunkt
- 24
- Drehachse
- a
- Abstand
- α
- Zentralwinkel
- β
- Drehwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008059297 A1 [0002]
