DE102020102833A1 - Centrifugal pendulum with friction device - Google Patents
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- F16F15/1407—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using masses freely rotating with the system, i.e. uninvolved in transmitting driveline torque, e.g. rotative dynamic dampers the rotation being limited with respect to the driving means
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Abstract
Fliehkraftpendel (13) zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, mit wenigstens einem um eine Drehachse (2) rotierbaren Pendelflansch (16, 26, 27) und mehreren am Pendelflansch (16, 26, 27) verschiebbar angeordneten Pendelmassen (15) zur Ausführung jeweils einer im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse (2) verlaufenden Schwingungsbewegung in vorgegebenen Bahnkurven (21) mit einem Auslenkwinkel (6) um eine Neutrallage (8) bis zu jeweils einer Maximalauslenkung (9), wobei das Fliehkraftpendel wenigstens eine Reibeinrichtung (1) aufweist, mit der jeweils eine im Wesentlichen parallel zur Drehachse (2) wirkende Normalkraft (FN) auf eine Pendelmasse (15) realisiert ist, so dass bei einer Bewegung der Pendelmasse (15) auf Grund der Belastung mit der Normalkraft (FN) eine der Bewegung entgegen wirkende Reibkraft (FR) der jeweiligen Pendelmasse (15) erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibeinrichtung (1) eine Reibkraftkennlinie der Reibkraft (FR) gegen den Auslenkwinkel (6) aufweist mit einem Reibkraftminimum (11) bei der Neutrallage (8) und einem monoton steigenden Verlauf zu jedem Reibkraftmaximum (12) bei den beiden Maximalauslenkungen (9).Centrifugal pendulum (13) for damping torsional vibrations, with at least one pendulum flange (16, 26, 27) rotatable about an axis of rotation (2) and a plurality of pendulum masses (15) displaceably arranged on the pendulum flange (16, 26, 27) for executing one essentially Vibration movement perpendicular to the axis of rotation (2) in predetermined trajectories (21) with a deflection angle (6) around a neutral position (8) up to a maximum deflection (9) each, the centrifugal pendulum having at least one friction device (1) with each one Normal force (FN) acting essentially parallel to the axis of rotation (2) on a pendulum mass (15) is implemented, so that when the pendulum mass (15) moves, due to the load with the normal force (FN), a frictional force (FR ) the respective pendulum mass (15) is generated, characterized in that the friction device (1) has a friction force characteristic of the friction force (FR) against the deflection angle (6) with e a frictional force minimum (11) in the neutral position (8) and a monotonically increasing curve for each frictional force maximum (12) for the two maximum deflections (9).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel mit einer Reibeinrichtung zum Einsatz in Antriebssträngen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, wobei die Reibeinrichtung einer Abbremsung des Fliehkraftpendels dient.The present invention relates to a centrifugal pendulum with a friction device for use in drive trains, in particular in motor vehicles, the friction device serving to brake the centrifugal pendulum.
Aus der
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein Fliehkraftpendel mit einer Bremseinrichtung anzugeben, die einfach aufzubauen ist und eine verbesserte Schwingungsdämpfung aufweist.Proceeding from this, the present invention is based on the object of at least partially overcoming the problems known from the prior art and, in particular, of specifying a centrifugal pendulum with a braking device that is simple to set up and has improved vibration damping.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.This object is achieved with the features of
Das vorgeschlagene Fliehkraftpendel zur Dämpfung von Torsionsschwingungen weist wenigstens einen um eine Drehachse rotierbaren Pendelflansch und mehrere am Pendelflansch verschiebbar angeordneten Pendelmassen zur Ausführung jeweils einer im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse verlaufenden Schwingungsbewegung in vorgegebenen Bahnkurven mit einem Auslenkwinkel um eine Neutrallage bis zu jeweils einer Maximalauslenkung auf, wobei das Fliehkraftpendel wenigstens eine Reibeinrichtung aufweist, mit der jeweils eine im Wesentlichen parallel zur Drehachse wirkende Normalkraft auf eine Pendelmasse realisiert ist, so dass bei einer Bewegung der Pendelmasse auf Grund der Belastung mit der Normalkraft eine der Bewegung entgegen wirkende Reibkraft der jeweiligen Pendelmasse erzeugt ist. Die Reibeinrichtung weist eine Reibkraftkennlinie der Reibkraft gegen den Auslenkwinkel auf mit einem Reibkraftminimum bei der Neutrallage und einem monoton steigenden Verlauf zu jedem Reibkraftmaximum bei den beiden Maximalauslenkungen.The proposed centrifugal pendulum for damping torsional vibrations has at least one pendulum flange rotatable about an axis of rotation and a plurality of pendulum masses arranged displaceably on the pendulum flange for executing an oscillating movement running essentially perpendicular to the axis of rotation in predetermined trajectories with a deflection angle around a neutral position up to a maximum deflection in each case the centrifugal pendulum has at least one friction device with which a normal force acting essentially parallel to the axis of rotation is implemented on a pendulum mass, so that when the pendulum mass moves, a friction force of the respective pendulum mass counteracting the movement is generated due to the load with the normal force. The friction device has a friction force characteristic curve of the friction force against the deflection angle with a friction force minimum in the neutral position and a monotonically increasing curve for each friction force maximum in the two maximum deflections.
Das Fliehkraftpendel weist bevorzugt mehrere über den Umfang verteilte Pendelmassen auf. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Pendelmassenpaare ausgebildet, die über Verbindungsmittel miteinander verbunden sind, wobei ein Pendelflansch in Richtung der Drehachse, die im weiteren als axiale Richtung bezeichnet wird, zwischen den Pendelmassen einzelner Pendelmassenpaare ausgebildet ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht zwei Pendelflansche vor, zwischen denen in axialer Richtung einzelne Pendelmassen ausgebildet sind. Die Pendelmassen bewirken durch die definierte Schwingungsbewegung eine Dämpfung bestimmter Schwingungsmoden. Die Schwingungsbewegung wird dabei über die Bahnkurve definiert, die die Pendelmassen gegenüber dem/den Pendelflansch(en) ausführt.The centrifugal pendulum preferably has several pendulum masses distributed over the circumference. According to an advantageous embodiment, pendulum mass pairs are formed which are connected to one another via connecting means, a pendulum flange being formed in the direction of the axis of rotation, which is referred to below as the axial direction, between the pendulum masses of individual pendulum mass pairs. Another advantageous embodiment provides two pendulum flanges, between which individual pendulum masses are formed in the axial direction. The pendulum masses cause the defined oscillation movement to dampen certain oscillation modes. The oscillation movement is defined via the trajectory that the pendulum masses perform against the pendulum flange (s).
Die Reibkraftkennlinie der Reibkraft gegen den Auslenkwinkel einer Pendelmasse gegenüber dem mindestens einen Pendelflansch weist ein Minimum bei der Neutrallage auf und zwei Maxima jeweils bei den Maximalauslenkungen der Pendelmasse gegenüber dem mindestens einen Pendelflansch. Dazwischen ist die Reibkraftkennlinie monoton steigend, bevorzugt streng monoton steigend, ausgebildet.The frictional force characteristic of the frictional force versus the deflection angle of a pendulum mass compared to the at least one pendulum flange has a minimum in the neutral position and two maxima in each case at the maximum deflections of the pendulum mass compared to the at least one pendulum flange. In between, the frictional force characteristic curve is designed to increase monotonically, preferably to increase strictly monotonically.
In vorteilhafter Weise wird diese Reibkraftkennlinie über die Bahnkurve im Zusammenspiel mit einer mitdrehenden Reibeinrichtung realisiert. Hierbei ist die Bahnkurve bevorzugt so gestaltet, dass bei größeren Auslenkwinkeln, insbesondere nahe den Maximalauslenkungen, ein radialer Anteil einer Bewegung der Pendelmasse monoton steigt, so dass in der Nähe der Maximalauslenkungen ein immer größer werdender radialer Geschwindigkeitsanteil in der Geschwindigkeit der Pendelmasse oder von einzelnen Punkten der Pendelmasse vorliegt. Im Zusammenwirken mit der mitdrehenden Reibeinrichtung bewirkt dies eine Relativbewegung zwischen Pendelmasse und Reibeinrichtung in radialer Richtung, die im Zusammenspiel mit der Normalkraft, die in axialer Richtung wirkt, ein Abbremsen der Pendelmasse bewirkt. Dies bewirkt ein nur geringes Abbremsen der Pendelmasse bei kleinen Auslenkwinkeln rund um die Neutrallage, aber ein starkes Abbremsen der Pendelmasse bei großen Auslenkwinkeln nahe der Maximalauslenkungen. So können der Verschleiß des Fliehkraftpendels und störende Betriebsgeräusche vermieden werden.This friction force characteristic is advantageously implemented via the trajectory in interaction with a co-rotating friction device. Here, the trajectory is preferably designed in such a way that at larger deflection angles, in particular near the maximum deflections, a radial component of a movement of the pendulum mass increases monotonically, so that in the vicinity of the maximum deflections an increasing radial speed component in the speed of the pendulum mass or of individual points the pendulum mass is present. In cooperation with the co-rotating friction device, this causes a relative movement between the pendulum mass and the friction device in the radial direction, which, in conjunction with the normal force acting in the axial direction, decelerates the pendulum mass. This causes only a slight braking of the pendulum mass with small deflection angles around the neutral position, but a strong braking of the pendulum mass with large deflection angles close to the maximum deflections. In this way, wear and tear on the centrifugal pendulum and annoying operating noises can be avoided.
Dadurch, dass durch die Form der Bahnkurven dieser Effekt wesentlich beeinflusst wird, können Bauteile einfach aufgebaut werden und gemeinsam mit einer einfach aufzubauenden Reibeinrichtung kann ein einfacher Aufbau des Fliehkraftpendels bei hoher Verschleißbeständigkeit und Betriebszuverlässigkeit erreicht werden.Because this effect is significantly influenced by the shape of the trajectories, components can be constructed easily and, together with a friction device that is easy to construct, a simple construction of the centrifugal pendulum with high wear resistance and operational reliability can be achieved.
Bevorzugt sind die Bahnkurven so ausgebildet, dass mit steigendem Auslenkwinkel der Anteil einer in Bezug auf die Drehachse radialen Bewegungskomponente der Pendelmasse steigt. Dies bedeutet insbesondere, dass durch die Bahnkurven sich die Pendelmasse oder einzelne Punkte der Pendelmasse wie beispielsweise der Schwerpunkt der Pendelmasse, beim Annähern an die Maximalauslenkung überwiegend in radialer Richtung in Bezug auf die Drehachse bewegen und insbesondere auch überwiegend radiale Geschwindigkeiten mit einer großen radialen Geschwindigkeitskomponente aufweisen. Bevorzugt ist die Reibeinrichtung drehbar in Bezug auf die Drehachse gelagert, dies führt zu einer radialen Bewegung der Pendelmassen relativ zur Reibeinrichtung insbesondere bei Annäherung an die beiden Maximalauslenkungen, die gemeinsam mit der Normalkraft zu Reibverlusten und damit zu einem Abbremsen der Pendelmasse.The trajectories are preferably designed in such a way that, with increasing deflection angle, the proportion of a movement component of the pendulum mass that is radial with respect to the axis of rotation increases. This means in particular that the pendulum mass or individual points of the pendulum mass such as the center of gravity of the pendulum mass, when approaching the maximum deflection, move predominantly in the radial direction with respect to the axis of rotation and in particular also have predominantly radial speeds with a large radial speed component due to the trajectories . The friction device is preferably rotatably mounted in relation to the axis of rotation; this leads to a radial movement of the pendulum masses relative to the friction device, especially when approaching the two maximum deflections, which together with the normal force lead to friction losses and thus to a braking of the pendulum mass.
Die Reibeinrichtung ist bevorzugt ringförmig ausgebildet, insbesondere passt sich die Außenkontur der Reibeinrichtung rund um die Neutrallage einer Innenkontur der Pendelmassen an. Bevorzugt ist die Reibeinrichtung zumindest teilweise aus einem Metall, insbesondere aus einem Federstahl, ausgebildet.The friction device is preferably annular, in particular the outer contour of the friction device adapts to an inner contour of the pendulum masses around the neutral position. The friction device is preferably formed at least partially from a metal, in particular from a spring steel.
Bevorzugt ist die Reibeinrichtung einteilig ausgebildet. Dies erlaubt einen einfachen Aufbau der Reibeinrichtung. Alternativ ist ein mehrteiliger Aufbau der Reibeinrichtung bevorzugt, bei dem die Reibeinrichtung aus mehreren Segmenten ausgebildet ist. The friction device is preferably designed in one piece. This allows a simple construction of the friction device. Alternatively, a multi-part construction of the friction device is preferred, in which the friction device is formed from several segments.
Dies ermöglicht eine Flexibilität bei der Auslegung der Reibeinrichtung und des Fliehkraftpendels. Insbesondere weist die Reibeinrichtung dann Federelemente auf, die an der mindestens einen Pendelmasse anliegen. Bevorzugt sind zumindest diese Federelemente aus einem Federstahl ausgebildet.This enables flexibility in the design of the friction device and the centrifugal pendulum. In particular, the friction device then has spring elements which bear against the at least one pendulum mass. At least these spring elements are preferably formed from a spring steel.
Bevorzugt weist die Reibeinrichtung in Richtung der Drehachse einen U-förmigen Querschnitt auf, insbesondere ist die Pendelmasse teilweise in dem U-förmigen Querschnitt aufgenommen. Dies ermöglicht einen einfachen und symmetrischen Aufbau der Reibeinrichtung und des Fliehkraftpendels.The friction device preferably has a U-shaped cross section in the direction of the axis of rotation, in particular the pendulum mass is partially accommodated in the U-shaped cross section. This enables a simple and symmetrical construction of the friction device and the centrifugal pendulum.
Bevorzugt ist die Reibeinrichtung in Richtung der Drehachse elastisch ausgebildet und bringt die Normalkraft in Richtung der Drehachse auf eine Pendelmasse aufbringt. Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt mindestens ein Federmittel ausgebildet sind, die die Normalkraft aufbringt.The friction device is preferably designed to be elastic in the direction of the axis of rotation and applies the normal force to a pendulum mass in the direction of the axis of rotation. Alternatively or additionally, at least one spring means is preferably formed which applies the normal force.
Bevorzugt umfasst die Pendelmasse und/oder die Reibeinrichtung an den Kontaktbereichen zwischen Pendelmasse und Reibeinrichtung Reibkontaktelemente, insbesondere aus einem Kunststoff.The pendulum mass and / or the friction device preferably comprises friction contact elements, in particular made of a plastic, in the contact areas between the pendulum mass and the friction device.
Weiterhin wird ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit mindestens einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, sowie mit einem Getriebe und einem Fliehkraftpendel wie beschrieben, wobei das Fliehkraftpendel die Antriebsmaschine und das Getriebe rotatorisch mechanisch miteinander verbindet. Dies kann insbesondere darüber erreicht werden, dass das Fliehkraftpendel mit einer Schwungmasse der Antriebsmaschine verbunden ist.Furthermore, a drive train for a motor vehicle is proposed, with at least one drive machine, in particular an internal combustion engine, and with a transmission and a centrifugal pendulum as described, the centrifugal pendulum connecting the drive machine and the transmission to one another in a rotationally mechanical manner. This can be achieved in particular that the centrifugal pendulum is connected to a flywheel of the drive machine.
Die für das erfindungsgemäße Fliehkraftpendel offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf den erfindungsgemäßen Antriebsstrang und das entsprechende Kraftfahrzeug übertragen und anwenden und jeweils umgekehrt.The details and advantages disclosed for the centrifugal pendulum according to the invention can be transferred and applied to the drive train according to the invention and the corresponding motor vehicle, and vice versa.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. As a precaution, it should be noted that the numerals used here (“first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, so in particular no dependency and / or sequence of these objects, sizes or prescribe processes to each other.
Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.Should a dependency and / or sequence be required, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
-
1 : eine Prinzipskizze eines Beispiels eines Fliehkraftpendels; -
2 : eine Reibkraftkennlinie einer Reibeinrichtung eines Fliehkraftpendels; -
3 : ein Beispiel eines Fliehkraftpendels in Neutrallage; -
4 : das Beispiel eines Fliehkraftpendels aus3 in einer Maximalauslenkung; -
5 : ein erstes Beispiel einer Bahnkurve; -
6 : ein zweites Beispiel einer Bahnkurve; -
7 : ein erstes Beispiel eines Fliehkraftpendels mit einer innenliegenden Pendelmasse; -
8 : ein zweites Beispiel eines Fliehkraftpendels mit innenliegender Pendelmasse; -
9 : ein drittes Beispiel eines Fliehkraftpendels mit außenliegenden Pendelmassen; -
10 : ein viertes Beispiel eines Fliehkraftpendels mit außenliegenden Pendelmassen; und -
11 : ein Beispiel eins Kraftfahrzeuges mit Fliehkraftpendel in einem Antriebsstrang.
-
1 : a schematic diagram of an example of a centrifugal pendulum; -
2 : a friction force characteristic of a friction device of a centrifugal pendulum; -
3 : an example of a centrifugal pendulum in neutral position; -
4th : the example of acentrifugal pendulum 3 in a maximum deflection; -
5 : a first example of a trajectory; -
6th : a second example of a trajectory; -
7th : a first example of a centrifugal pendulum with an internal pendulum mass; -
8th : a second example of a centrifugal pendulum with an internal pendulum mass; -
9 : a third example of a centrifugal pendulum with external pendulum masses; -
10 : a fourth example of a centrifugal pendulum with external pendulum masses; and -
11 : an example of a motor vehicle with a centrifugal pendulum in a drive train.
Im Folgenden wird zunächst anhand der
Da sich die Reibeinrichtung
Die Bahnkurve
Die Pendelmasse
Die Reibeinrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- ReibeinrichtungFriction device
- 22
- DrehachseAxis of rotation
- 33
- ReibstelleFriction point
- 44th
- ReibkraftkennlinieFrictional force characteristic
- 55
- Ordinateordinate
- 66th
- AuslenkwinkelDeflection angle
- 77th
- Abszisseabscissa
- 88th
- NeutrallageNeutral position
- 99
- MaximalauslenkungMaximum deflection
- 1010
- Maximaler AuslenkwinkelMaximum deflection angle
- 1111
- ReibkraftminimumMinimum frictional force
- 1212th
- ReibkraftmaximumFrictional force maximum
- 1313th
- FliehkraftpendelCentrifugal pendulum
- 1414th
- PendelmassenpaarPendulum mass pair
- 1515th
- PendelmassePendulum mass
- 1616
- PendelflanschPendulum flange
- 1717th
- VerbindungsmittelLanyard
- 1818th
- BewegungsbahnTrajectory
- 1919th
- AußenkonturOuter contour
- 2020th
- InnenkonturInner contour
- 2121
- BahnkurveTrajectory curve
- 2222nd
- PunktPoint
- 2323
- Geschwindigkeitspeed
- 2424
- Radialer GeschwindigkeitsanteilRadial speed component
- 2525th
- Isoradialer GeschwindigkeitsanteilIsoradial speed component
- 2626th
- Erster PendelflanschFirst pendulum flange
- 2727
- Zweiter PendelflanschSecond pendulum flange
- 2828
- TrägerteilCarrier part
- 2929
- ReibkontaktelementFrictional contact element
- 3030th
- KontaktbereichContact area
- 3131
- FedermittelSpring means
- 3232
- AusnehmungRecess
- 3333
- FederelementSpring element
- 3434
- VerbindungsmittelLanyard
- 3535
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 3636
- AntriebsstrangPowertrain
- 3737
- AntriebsmaschinePrime mover
- 3838
- Kupplungcoupling
- 3939
- Getriebetransmission
- 4040
- Angetriebenes Rad Driven wheel
- FFFF
- FührungskraftExecutive
- FNFN
- NormalkraftNormal force
- FRFR
- ReibkraftFrictional force
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2018/161992 A1 [0002]WO 2018/161992 A1 [0002]
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DE102020102833.4A DE102020102833A1 (en) | 2020-02-05 | 2020-02-05 | Centrifugal pendulum with friction device |
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DE102020102833A1 true DE102020102833A1 (en) | 2021-08-05 |
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WO2018161992A1 (en) | 2017-03-09 | 2018-09-13 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Centrifugal pendulum and drive arrangement for a motor vehicle |
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2020
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