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Die Anmeldung betrifft eine Fliehkraftpendeleinrichtung eines Drehschwingungsdämpfers, die in einen Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs einsetzbar ist, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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In brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugen wird durch die Funktionsweise der Brennkraftmaschine von der Kurbelwelle ein nicht kontinuierliches Drehmoment auf den Antriebsstrang übertragen. Dadurch treten Drehschwingungen auf, zu deren Dämpfung insbesondere als Zweimassenschwungräder (ZMS) aufgebaute Drehschwingungsdämpfer in Verbindung mit einer Fliehkraftpendeleinrichtung (FKP) eingesetzt werden. Mit der FKP wird die Schwingungsenergie gedämpft bzw. getilgt, indem Pendelmassen gegenläufig zu den zu tilgenden Schwingungen schwingen. Hierbei sind an einem Trägerflansch über den Umfang verteilt Pendelmassen aufgenommen, die im Betriebszustand zur Drehschwingungstilgung fliehkraftbedingt und drehschwingungsabhängig über in Führungsbahnen bzw. in Kulissenbahnen geführte Laufrollen bzw. Stufenbolzen beweglich angeordnete Pendelmassen einschließen. Eine derartige Fliehkraftpendeleinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 042 836 A1 bekannt.
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Die
DE 10 2009 042 836 A1 zeigt eine Fliehkraftpendeleinrichtung für einen Drehschwingungsdämpfer mit mehreren über den Umfang verteilten, auf beiden Seiten des Trägerflansches bifilar positionierten und gegenüber diesem begrenzt verschwenkbaren Pendelmassen. Jeweils zwei axial gegenüberliegende Pendelmassen sind durch ein in einem Flanschfenster des Trägerflansches geführtes Abstandselement bzw. Zwischenstück zu einem Pendelpaket verbunden.
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Bei derartigen Fliehkraftpendeleinrichtungen kommt es bei niedrigen Drehzahlen insbesondere während der Betriebsphasen Start und Stopp zu unerwünschten Geräuschemissionen, sobald die auf die Pendelmassen wirksame Fliehkraft die Gewichtskraft unterschreitet. Das damit verbundene Abheben der Laufrollen von ihren Führungs- bzw. Kulissenbahnen im Trägerflansch und in den Pendelmassen und / oder das chaotische Anschlagen der Laufrollen an Bahnenden der Führungsbahnen führt zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung, insbesondere zu Klappergeräuschen, deren Stärke proportional abhängig ist von der kinetischen Energie der Pendelmassen und deren Laufrollen. Durch das Anschlagen geht die Funktion der Fliehkraftpendeleinrichtung verloren, so dass sich keine Schwingungsisolierung einstellt. Neben der nachteiligen Geräuschentwicklung verursacht das Anschlagen einen erhöhten Verschleiß, der die Lebensdauer der Fliehkraftpendeleinrichtung verringert.
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Zur Vermeidung von Bauteilüberlastungen und Geräusche verursachenden asynchronen Bewegungen der Pendelmassen und / oder der Laufrollen, insbesondere während der Start- und / oder Stoppphase der Brennkraftmaschine, ist es bekannt, Dämpfungselemente einzusetzen. Um die zuvor genannten Störungen zu vermeiden, sind aus der
DE 10 2014 210 489 A1 und der
DE 10 2011 103 471 A1 in Umfangsrichtung wirksame elastische Anschläge für die Pendelmassen vorgesehen. Die
WO 2012 / 083 920 A1 zeigt eine Fliehkraftpendeleinrichtung, bei der als Anschlagdämpfung und gleichzeitige Synchronisierung zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen jeweils Federelemente eingesetzt sind. Die Fliehkraftpendeleinrichtung gemäß der
DE 10 2015 205 144 A1 schließt als Anschlagdämpfung V-förmig gestaltete Federelemente ein, welche jeweils zwischen den Pendelpaketen eingesetzt sind.
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Bei den bekannten Maßnahmen zur Anschlagdämpfung werden üblicherweise Dämpfungselemente aus Gummi eingesetzt, die eine begrenzte Energieaufnahme aufweisen und insbesondere bei einer Scherbelastung verschleißanfällig sind. Diese Eigenschaft verstärkt sich bei sehr hohen bzw. sehr niedrigen Umgebungstemperaturen.
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Vor dem Hintergrund der zuvor genannten Problemstellung liegt die Aufgabe zugrunde, eine baulich und / oder funktional verbesserte Fliehkraftpendeleinrichtung bereitzustellen, die mittels einfacher Maßnahmen realisierbar ist und die eine geringe Geräuschemission aufweist. Außerdem soll die Fliehkraftpendeleinrichtung zur Verwirklichung von Kundenanforderungen kostengünstig realisierbar und möglichst frei von Funktionsstörungen sein.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Fliehkraftpendeleinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gemäß Anspruch 1 schließt jedes Pendelpaket als Anschlagdämpfung ein zwischen dem Trägerflansch und dem Zwischenstück eingesetztes, in beide Schwingungsrichtungen des Pendelpaketes wirkendes Blattfederelement ein, wobei das Blattfederelement an beiden Enden jeweils zwei in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtete Federzungen mit unterschiedlicher Federsteifigkeit umfasst und stets zumindest zwei Federzungen an dem Zwischenstück abgestützt sind.
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Durch das vorgeschlagene Lösungskonzept ist jedem einzelnen Pendelpaket ein zweistufig ausgeführtes Blattfederelement zugeordnet, welches jeweils zwei Blattfederstufen mit zwei entgegengesetzt zueinander ausgerichteten Federzungen umfasst. Das eine Blattfederbaugruppe bildende, in beide Schwingrichtungen wirkende Blattfederelement ist in dem Flanschfenster zwischen dem Trägerflansch und dem Zwischenstück des Pendelpaketes angeordnet.
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In der ersten Stufe des Blattfederelementes sind die inneren Federzungen beider Blattfederstufen permanent mit einer Kraft radial nach außen an dem Zwischenstück abgestützt, wobei deren Federkraft zumindest der Gewichtskraft des Pendelpakets entspricht. Dieser Aufbau bewirkt eine stets kraftschlüssige Anlage der Laufrollen an den Führungsbahnen des Trägerflansches und des Zwischenstücks und unterbindet beispielsweise beim Motorstopp ein unkontrolliertes Abheben der auch Wälzkörper genannten Laufrollen und folglich eine potentielle Geräuschquelle. Die Federzungen der ersten Stufe des Blattfederelementes ermöglichen bis zu einem bestimmten Schwingwinkel eine Pendelbewegung des Pendelpaktes in Richtung des Trägerflansches bzw. der Flanschfensterwandung ohne eine größere Kraftzunahme.
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Bei einer von einem Schwingwinkel 0° entsprechenden Neutralstellung des Pendelpaketes stark abweichenden Auslenkung bzw. Schwingbewegung tritt bei Erreichen eines Kontaktwinkels die auch Hauptdämpfungsstufe genannte zweite Stufe des Blattfederelementes in Kraft. Dabei ist das Zwischenstück zusätzlich an einer weiteren Federzunge abgestützt, welche stets mit dem freien Ende an der Wandung des Flanschfensters abgestützt ist. Synchron dazu verlagern sich die inneren Federzungen beider Blattfederstufen, die dann sowohl an dem Zwischenstück als auch an der Flanschfensterwandung abgestützt sind. In dieser Position verstärkt sich die Federkennlinie der ersten Stufe, die gleichzeitig die Hauptdämpfungsstufe unterstützt.
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Da sich über die Federzungen der ersten Stufe des Blattfederelementes gleichzeitig eine Permanentreibung darstellt, kann diese bei Bedarf durch eine erhöhte Federkraft auch gesteigert werden. Falls die Permanentreibung nicht erforderlich bzw. nicht erwünscht ist, kann ein Blattfederelement ohne die erste Stufe eingesetzt werden.
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Durch die Federzungen beider Blattfederstufen des Blattfederelementes wird eine mehrstufige Federcharakteristik mit voneinander abweichenden Federsteifigkeiten realisiert. Die Bereiche stellen sich ein, indem die mittigen Federzungenabschnitte beider Blattfederstufen in einer Neutralposition des Pendelpaketes zunächst ausschließlich an dem Zwischenstück anliegen. Ab einem bestimmten Auslenkungsgrad des Pendelpaketes sind die mittigen Federzungenabschnitte zusätzlich an der Flanschfensterwandung abgestützt, ohne Verlust der Federwirkung.
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Vorteilhaft sind durch das vorgestellte Konzept keine Anschlagsgeräusche der Pendelpakete bzw. Pendelmassen und deren Laufrollen hörbar, wobei sich durch die geräuschoptimierte, den Fahrkomfort verbessernde Fliehkraftpendeleinrichtung gleichzeitig ein Wettbewerbsvorteil einstellt. Weiterhin bietet die aufgebaute Dämpfung im Vergleich zu bisher eingesetzten Gummidämpfungselementen den Vorteil einer Unempfindlichkeit gegenüber Temperatureinflüssen. Außerdem besitzt das kostengünstig und weitestgehend bauraumneutral integrierbare Dämpfungskonzept eine hohe Verschleißbeständigkeit und folglich Dauerfestigkeit, so dass damit eine funktional verbesserte Fliehkraftpendeleinrichtung realisierbar ist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die zwei Blattfederstufen von jedem Blattfederelement zwei gespreizte Federzungen umfassen, die entgegengesetzt zueinander ausgerichtet sind. Die unterschiedliche Längen aufweisenden und bogenförmig gestalteten Federzungen sind gleich oder voneinander abweichend dimensioniert. Im Betriebszustand der Fliehkraftpendeleinrichtung, bei einer Auslenkung des Pendelpaketes, sind die elastischen Federzungen übereinstimmend endseitig mit einem gerundeten, konvex gestalteten Abschnitt über streifenartige Kontaktflächen gleitend an dem Zwischenstück und / oder der Flanschfensterwandung abgestützt.
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Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, dass bei Erreichen eines Blockwinkels des Pendelpaketes dessen Zwischenstück über eine Anschlagnase an der Flanschfensterwandung abgestützt ist. Dabei ist die Wirkung des Blattfederelementes außer Kraft gesetzt, das gleichzeitig vor Überlastung geschützt ist. In dieser Position des Pendelpaketes kommt es zu einem Stahl-Stahl-Kontakt zwischen dem Trägerflansch und dem Zwischenstück. Um ein Anschlaggeräusch zu vermeiden bzw. zumindest zu mildern, bietet es sich an, eine Kontaktfläche mit einem Dämpfungsmaterial zu beschichten.
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Gemäß einer bevorzugten Auslegung des Blattfederelementes sind die Federzungen der Blattfederstufen so ausgelegt, dass deren Dämpfungskraft ausgehend von einer Neutrallage, einem Schwingwinkel von 0° des Pendelpaketes, proportional zur Auslenkung des Pendelpaketes ansteigt. Bei Bedarf ist auch eine davon abweichende Auslegung des Blattfederelementes möglich.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Blattfederelement einem im U-Design aufgebauten Pendelpaket zugeordnet ist, bei dem die Pendelmassen beidseitig von dem Trägerflansch angeordnet sind, wobei jeweils eine Abstandsplatte zwischen der Pendelmasse und dem Trägerflansch eingesetzt ist. Durch das im Flanschfenster spielbehaftet geführte, beide Pendelmassen verbindende Zwischenstück stellt sich eine U-förmige Bauweise des Pendelpaketes ein.
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Als Maßnahme um den Verschleiß des Blattfederelementes insbesondere zwischen den einer Permanentreibung ausgesetzten Bauteilen zu verringern, wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Kontaktzone zwischen der Federzunge und dem Zwischenstück und / oder der Flanschfensterwandung gehärtet ist. Alternativ oder ergänzend dazu bietet es sich an, wenigstens eine Kontaktzone mit einem reibungsmindernden Material zu beschichten.
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Weiter wird vorgeschlagen, einteilig ausgeführtes Blattfederelement einzusetzen, das bevorzugt spanlos aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Alternativ dazu kann ein mehrteilig aufgebautes Blattfederelement verwendet werden. Weiterhin kann bei Bedarf ein aus einem Kunststoff gefertigtes Blattfederelement in der Fliehkraftpendeleinrichtung integriert werden, wozu sich ein dauerfest temperaturbeständiger Kunststoff eignet.
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Das Blattfederelement ist vorzugsweise mittels eines ringsegmentartigen Abschnitts an dem Trägerflansch befestigt. Alternativ ist eine Befestigung des Blattfederelements an dem Zwischenstück des Pendelpaketes vorgesehen, wobei das Blattfederelement den Schwingungen des Pendelpaketes folgt. Vorzugsweise ist der Befestigungsbereich des Blattfederelements als Ringsegment mit einem U-förmigen Querschnittprofil ausgebildet, wobei zwei axial beabstandete Laschen beidseitig an dem Trägerflansch befestigt sind. Die Befestigung des Blattfederelementes kann genietet, geschweißt, geklebt, geschraubt, gepresst oder geklipst sein.
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Weiter wird vorgeschlagen, eine Fliehkraftpendeleinrichtung mit zugehöriger Anschlagdämpfung in einem als Zweimassenschwungrad (ZMS) aufgebauten Drehschwingungsdämpfer einzusetzen. Die Fliehkraftpendeleinrichtung ist außerdem für weitere Anwendungen einsetzbar und kann beispielsweise mit einem Doppelkupplungsdämpfer (DK-Dämpfer) kombiniert oder für eine Hybridanwendung, insbesondere DHT-Hybridanwendung (Dedictated Hybrid Transmission) vorgesehen werden. Ein derartiger, auch als Hybridmodul zu bezeichnender Drehschwingungsdämpfer ist dazu in einen Antriebsstrang von einem Kraftfahrzeug integrierbar, das alternativ von einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor angetrieben wird oder den Antrieb gleichzeitig über beide Antriebsquellen erfährt.
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Die Offenbarung wird nachfolgend anhand von einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Anmeldung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Dabei zeigt:
- 1 in einer Explosionsdarstellung eine Fliehkraftpendeleinrichtung mit einer ein Blattfederelement einschließenden Anschlagdämpfung des Pendelpaketes;
- 2 einen Ausschnitt der Fliehkraftpendeleinrichtung gemäß 1, der das Pendelpaket in einer Neutralstellung zeigt, die einem Schwingwinkel von 0° entspricht;
- 3 die Fliehkraftpendeleinrichtung gemäß 1, wobei das Pendelpaket mit einer einem Kontaktwinkel entsprechenden Auslenkung gezeigt ist;
- 4 die Fliehkraftpendeleinrichtung gemäß 1, wobei das Pendelpaket in einer maximalen Schwingwinkelposition gezeigt ist, die einem Blockwinkel entspricht; und
- 5 das Blattfederelement der Fliehkraftpendeleinrichtung in einer räumlichen Darstellung.
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In der 1 ist eine Fliehkraftpendeleinrichtung 1 in einer Explosionsdarstellung abgebildet, die bevorzugt einem auch Zweimassenschwungrad (ZMS) genannten Drehschwingungsdämpfer (nicht gezeigt) zugeordnet werden kann, der in einem Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs eingesetzt ist. Der Aufbau der Fliehkraftpendeleinrichtung 1 umfasst einen um eine Drehachse rotierenden, insbesondere mit einem Sekundärteil des Drehschwingungsdämpfers verbundenen, auch Pendelmassenträger genannten Trägerflansch 2, der zur Aufnahme von mehreren in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Pendelpaketen 3 bestimmt ist. Jedes Pendelpaket 3 besteht aus zwei gleich dimensionierten, axial beabstandeten Pendelmassen 4, die jeweils gegenüberliegend seitlich an dem Trägerflansch 2 beweglich angeordnet sind. Zur Bildung des Pendelpaketes 3 sind jeweils zwei Pendelmassen 4 über ein Zwischenstück 5 starr verbunden, welches spielbehaftet durch ein Flanschfenster 6 des Trägerflansches 2 geführt ist. Weiterhin ist beidseitig zur axialen Führung zwischen jeder Pendelmasse 4 und dem Trägerflansch 2 eine Abstandsplatte 7 eingesetzt. Alle Bauteile des Pendelpaketes 3 sind über zwei Nietverbindungen 8 (gezeigt in 2) zusammengefügt.
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Die Fliehkraftpendeleinrichtung 1 üblichen Aufbaus und bekannter Wirkungsweise ermöglicht im Betriebszustand bei einer von der Brennkraftmaschine ausgelösten Drehungleichförmigkeit eine Relativbewegung bzw. Schwingung der Pendelpakete 3 gegenüber dem Trägerflansch 2. Die Relativbewegung gewährleisten jeweils zwei jedem Pendelpaket 3 zugeordnete, auch Stufenbolzen genannte Laufrollen 9, die in zueinander gegenläufig gekrümmt verlaufenden Führungsbahnen 10 des Trägerflansches 2 und des Zwischenstücks 5 sowie Führungsbahnen 11 der Pendelmassen 4 geführt sind.
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Als Maßnahme, um ein unkontrolliertes hartes Anschlagen der Laufrollen 9 in den Führungsbahnen 10, 11 zu vermeiden, ist eine Anschlagdämpfung 12 vorgesehen. Dazu ist jedem Pendelpaket 3 ein in dem Flanschfenster 6 eingesetztes Blattfederelement 13 zugeordnet, welches an dem Trägerflansch 2 fixiert mit dem Zwischenstück 5 zusammenwirkt. Diese Anschlagdämpfung 12 gewährleistet bei großen Schwingwinkelausschlägen eine Dämpfung von Auslenkungen des Pendelpaketes 3 und unterbindet damit ein Anschlagen der Laufrollen 9 in den Führungsbahnen 10, 11. Dabei werden mittels einer Verformung von zumindest einer elastischen Zone der Anschlagdämpfung 12 große Stellbewegungen des Pendelpaketes 3 gebremst.
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Die 2 bis 4 zeigen jeweils einen Ausschnitt von der Fliehkraftpendeleinrichtung 1, in denen das Pendelpaket 3 in verschiedenen, auch als Auslenkungen bezeichneten Schwingwinkeln dargestellt ist, die unterschiedlichen Betriebszuständen beispielsweise der Brennkraftmaschine entsprechen.
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In der 2 ist das Pendelpaket 3 in einer auch Mittenposition genannten Neutralstellung abgebildet, die einem Schwingwinkel von 0° entspricht, von der ausgehend das Pendelpaket 3 in beide durch den Pfeil gekennzeichnete Richtungen schwingen kann. Dem Pendelpaket 3 ist ein zweistufig ausgeführtes Blattfederelement 13 zugeordnet, welches zwei Blattfederstufen 14, 15 mit jeweils zwei entgegengesetzt zueinander ausgerichteten Federzungen 16, 17 umfasst. Das eine Blattfederbaugruppe bildende, in beide Schwingrichtungen wirkende Blattfederelement 13 ist mit einem zwei axial beabstandete Laschen 18 einschließenden, ein U-förmiges Profil bildenden Ringsegment 19 über Nietverbindungen 20 an dem Trägerflansch 2 befestigt.
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Bei einem Schwingwinkel von 0° des Pendelpaketes 3 sind die inneren Federzungen 17 beider Blattfederstufen 14, 15 permanent an dem Zwischenstück 5 und die weiteren äußeren Federzungen 16 an einer Flanschfensterwandung 21 abgestützt. In dieser ersten Stufe des Blattfederelementes 13 übertrifft die gemeinsame, radial nach außen gerichtete Federkraft (verdeutlicht durch die Pfeile) von beiden Federzungen 17 die Gewichtskraft des Pendelpakets 3, so dass die Laufrollen 9 stets an den Führungsbahnen 10, 11 kraftschlüssig abgestützt sind. Um den Verschleiß zwischen den Federzungen 17 und dem Zwischenstück 5 bei Schwingbewegungen des Pendelpaketes 3 aufgrund der Permanentreibung zu reduzieren, bei denen die Federzungen 17 gleitend an dem Zwischenstück 5 abgestützt sind, bietet es sich an, die Kontaktzonen zu härten und / oder mit einem reibungsmindernden Material zu beschichten.
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Die 3 zeigt das Pendelpaket 3 in einer ausgelenkten, einem Kontaktwinkel entsprechenden Position, in der das Zwischenstück 5 an der Federzunge mit einer Auslenkung gezeigt ist, in der die auch Hauptdämpfungsstufe genannte zweite Stufe des Blattfederelementes 13 in Kraft tritt. Dabei ist das Zwischenstück 5 zusätzlich an einer weiteren Federzunge 16 abgestützt, deren Federkraft ein Pfeil verdeutlicht. Synchron dazu werden die Federzungen 17 beider Blattfederstufen 14, 15 durch das Zwischenstück 5 an die Flanschfensterwandung 21 gedrückt, wodurch sich die Federkennlinie der ersten Stufe erhöht, welche gleichzeitig die Hauptdämpfungsstufe unterstützt.
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In der 4 ist das Pendelpaket 3 in einer Blockwinkelposition gezeigt, bei der dessen Zwischenstück 5 über eine Anschlagnase 22 an der Flanschfensterwandung 21 abgestützt ist. Dabei ist die Wirkung des Blattfederelementes 13 außer Kraft gesetzt, die damit gleichzeitig vor Überlastung geschützt ist. Bei einem Blockwinkel stellt sich unmittelbarer Stahl-Stahl-Kontakt zwischen dem Trägerflansch 2 und dem Zwischenstück 5 ein. Dabei kann ein Anschlaggeräusch durch Beschichten zumindest einer Kontaktfläche mit einem Dämpfungsmaterial vermieden bzw. zumindest verringert werden.
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Zur Verdeutlichung weiterer konstruktiver Details ist das Blattfederelement 13 in 5 in der räumlichen Darstellung abgebildet. Ein Ringsegment 19 bildet mit zwei axial beabstandeten, Bohrungen 23 einschließenden Laschen 18 einen Befestigungsbereich. Über durch die Bohrungen 23 und korrespondierende Bohrungen im Trägerflansch 2 eingesetzte Nietverbindungen 8 (gezeigt in 2) ist das Blattfederelement 13 an dem Trägerflansch 3 befestigt. Die Federzungen 16, 17 beider Blattfederstufen 14, 15 sind bogenförmig, streifenartig gestaltet und schließen übereinstimmend konvex gestaltete Kontaktflächen bildende Endabschnitte 24, 25 ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendeleinrichtung
- 2
- Trägerflansch
- 3
- Pendelpaket
- 4
- Pendelmasse
- 5
- Zwischenstück
- 6
- Flanschfenster
- 7
- Abstandsplatte
- 8
- Nietverbindung
- 9
- Laufrolle
- 10
- Führungsbahn
- 11
- Führungsbahn
- 12
- Anschlagdämpfung
- 13
- Blattfederelement
- 14
- Blattfederstufe
- 15
- Blattfederstufe
- 16
- Federzunge
- 17
- Federzunge
- 18
- Lasche
- 19
- Ringsegment
- 20
- Nietverbindung
- 21
- Flanschfensterwandung
- 22
- Anschlagnase
- 23
- Bohrung
- 24
- Endabschnitt
- 25
- Endabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009042836 A1 [0002, 0003]
- DE 102014210489 A1 [0005]
- DE 102011103471 A1 [0005]
- WO 2012/083920 A1 [0005]
- DE 102015205144 A1 [0005]
