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Die Erfindung betrifft eine in einem Drehschwingungsdämpfer eingesetzte Fliehkraftpendeleinrichtung, die einen um eine Drehachse rotierenden Trägerflansch umfasst, an dem beidseitig umfangsverteilt Pendelmassen angeordnet sind, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Pendelmassen durch in Aussparungen des Trägerflansches angeordnete Abstandsbolzen zu einem Pendelmassenpaket verbunden sind, die über in Kulissenbahnen des Trägerflansches und in Führungsbahnen der Pendelmassen geführte Stufenbolzen beweglich angelenkt sind und die Fliehkraftpendeleinrichtung Abstandnahmen zur Dämpfung von Auslenkungen des Pendelmassenpaketes einschließt.
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In Kraftfahrzeugen, die mit Brennkraftmaschinen angetrieben werden, wird bauartbedingt bzw. 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 oder getilgt, indem Pendelmassen gegenläufig zu den zu tilgenden Schwingungen schwingen.
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Drehschwingungsdämpfer sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 10 2012 202 255 A1 bekannt, die als Schwingungstilger, insbesondere zur Tilgung oder Dämpfung von Torsionsschwingungen in Antriebssträngen von brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Der Drehschwingungsdämpfer ist dabei zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und einer dem Schaltgetriebe vorgelagerten Fahrzeugkupplung angeordnet. Durch die gegen eine Federkraft relativ zueinander verdrehbaren Massen, die Primärmasse und die Sekundärmasse, werden die durch das ungleichmäßige Antriebsmoment der Brennkraftmaschine verursachten Schwingungen getilgt.
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Bei Fliehkraftpendeleinrichtungen ist es bekannt, dass die auch Rollenelemente genannten Stufenbolzen der Pendelmassen bei einem Motorstart oder bei einem Motorstopp an den Endbereichen der Führungsbahnen anschlagen und unerwünschte Geräusche erzeugen können. Die große Beschleunigung bei den ersten Zündungen der Brennkraftmaschine während des Motorstarts und / oder die Verzögerung beim Motorstopp ist für das Anschlagen verantwortlich. Eine in diesen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine auftretende Beschleunigung oder Verzögerung führt zu einer hohen Relativgeschwindigkeit zwischen dem Trägerflansch und den Pendelmassen, die das Anschlagen und damit eine nachteilige Geräuschentwicklung verursacht.
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Bei bisherigen, in Drehschwingungsdämpfern bzw. Zweimassenschwungrädern (ZMS) eingesetzten bifilaren Fliehkraftpendeln mit rollengeführten Pendelmassen 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 Kulissenbahnen bzw. Führungsbahnen im Trägerflansch bzw. in den Pendelmassen und / oder das chaotische Anschlagen der Stufenbolzen in den zugehörigen Bahnen führte zu unerwünschten Anschlaggeräuschen und / oder Klappergeräuschen, deren Stärke dabei proportional abhängig ist von der kinetischen Energie der Pendelmassen sowie der Stufenbolzen.
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Eine mit einem Drehschwingungsdämpfer zusammenwirkende Fliehkraftpendeleinrichtung zeigt die
DE 10 2006 028 556 A1 . Das Fliehkraftpendel umfasst mehrere Pendelmassen und mindestens einen zentralen, in Form einer Kreisringscheibe gestalteten, auch Pendelflansch genannten Trägerflansch. Dabei bilden jeweils zwei Pendelmassen ein Pendelmassenpaket, wobei die gegenüberliegenden Pendelmassen über durch Öffnungen oder Aussparungen im Trägerflansch spielbehaftet geführte Abstandsbolzen verbunden sind. Die Flanken des Führungsflansches bilden Führungsflächen für die Pendelmassen, die mittels Stufenbolzen geführt werden. Entsprechend sind dazu für die Stufenbolzen in den Pendelmassen und dem Führungsflansch Kulissenführungen bzw. Führungsbahnen eingebracht, in denen die Stufenbolzen abrollen.
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Eine weitere Fliehkraftpendeleinrichtung zeigt die
DE 10 2009 042 836 A1 mit auf beiden Seiten des Trägerflansches angeordneten und gegenüber diesem begrenzt verschwenkbaren Pendelmassen. Jeweils zwei axial gegenüberliegende Pendelmassen sind über durch Öffnungen im Trägerflansch geführte Abstandsbolzen zu einer U-förmig gestalteten Baueinheit verbunden.
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Als Maßnahme, um die Stellbewegungen der Pendelmassen in der Startphase und der Stoppphase der Brennkraftmaschine zu dämpfen, ist aus der
DE 10 2017 130 493 A1 eine Fliehkraftpendeleinrichtung bekannt, bei der den Pendelmassen ein als Reibschuh ausgeführtes Reibelement zugeordnet ist, welches jeweils mittels eines Federelements an dem Trägerflansch vorgespannt abgestützt ist. Über das Reibelement soll eine definierte Reibung bzw. Reibkraft zwischen der Pendelmasse und dem Trägerflansch erzielt werden, zur Vermeidung unkontrollierter Stellbewegungen der Pendelmassen. Nachteilig vergrößert sich durch das Reibelement der Bauraum der Fliehkraftpendeleinrichtung in axialer Richtung. Außerdem ist das permanent kraftschlüssig an dem Trägerflansch abgestützte Reibelement einem erhöhten Verschleiß unterworfen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine funktional verbesserte, einfach aufgebaute, bauraum- und geräuschoptimierte Fliehkraftpendeleinrichtung bereitzustellen, die kostengünstig realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Fliehkraftpendeleinrichtung gelöst, die gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 aufgebaut ist. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Abstandsbolzen von jedem Pendelmassenpaket der Fliehkraftpendeleinrichtung von einem Dämpfungsring umschlossen ist, dem radial innenseitig ein in einer Aussparung des Trägerflansches lagefixiert positioniertes, elastisches Abstützelement zugeordnet ist.
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Durch den konstruktiven Aufbau der Erfindung ist mittels einfach durchführbarer Abstandnahmen eine effektive, geräuschoptimierte Fliehkraftpendeleinrichtung realisierbar. Dabei vergrößern die ergänzend eingesetzten Bauelemente weder in axialer noch in radialer Richtung den Bauraum der Fliehkraftpendeleinrichtung.
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Abweichend zum bekannten Stand der Technik bildet das Design der erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung eine aufgabengerechte, bauraumoptimierte Lösung, die weiterhin vorteilhaft in ein bestehendes Fliehkraftpendel-Layout integrierbar ist.
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Das erfindungsgemäße Konzept gewährleistet während der Betriebszustände Start und Stopp der Brennkraftmaschine eine gezielte Endlagendämpfung, wobei gleichzeitig ein erhöhter Reibwert generiert wird, der sich in einem Schwingbereich der Pendelmassen einstellt, der keiner Fliehkraft ausgesetzt ist. Dadurch werden gezielt unkontrollierte, ein nachteiliges Anschlaggeräusch verursachende Stellbewegungen der Pendelmassen bei niedrigen Drehzahlen eliminiert, wenigstens aber reduziert. Folglich ermöglicht die Erfindung, dass die Geräuschentwicklung der Fliehkraftpendeleinrichtung wirksam unterbunden, zumindest aber deutlich reduziert wird.
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Gleichzeitig verursacht die erfinderische Maßnahme keine unerwünschte Verstimmung im Normalbetrieb der Fliehkraftpendeleinrichtung, da die Dämpfung nur in Endlagen, bei Erreichen des Endanschlages wirksam wird. Folglich ist sichergestellt, dass eine Dämpfung der kinetischen Energie nur während der kritischen Betriebs- bzw. Fahrzustände Start und Stopp bzw. bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine erfolgt. In allen anderen Betriebszuständen ist die erfindungsgemäße Dämpfung unwirksam, wodurch ein normaler Fliehkraftpendelbetrieb gewährleistet ist.
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Die Erfindung bietet weiterhin einen gewissen Schutz vor schlagartig im Betriebszustand des Kraftfahrzeugs auftretenden Spitzenbelastungen, sogenannten Impacts. Dabei handelt es sich um Drehmomentstöße mit hohen Lastwechseln, die beispielsweise bei einem plötzlichen, zum Motorstillstand führenden Einkuppeln oder bei Hybrid-Anwendungen auftreten können, insbesondere aufgrund von Unterschieden im Momentanreibwert der angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn. Durch das Zusammenwirken des dem Pendelmassenpaket zugeordneten Dämpfungsrings mit dem Abstützelement des Trägerflansches wird vorteilhaft ein hartes Anschlagen und folglich eine nachteilige Geräuschentwicklung der Stufenbolzen in den zugehörigen Führungen vermieden.
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Vorteilhaft kann mit der erfindungsgemäßen Fliehkraftpendeleinrichtung, die einen von einem Dämpfungsring umschlossenen Abstandsbolzen der Pendelmassen sowie ein ortsfest an dem Trägerflansch positioniertes, elastisches Abstützelement einschließt, ein funktional verbessertes, einfach und kostengünstig realisierbares Fliehkraftpendel bereit gestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Erzielung einer optimalen Geräuschdämpfung der Fliehkraftpendeleinrichtung vorgesehen, dass alle Abstandsbolzen eines Pendelmassenpaketes von einem Dämpfungsring umschlossen sind. Der Anzahl der Abstandsbolzen entsprechend ist der Trägerflansch mit elastischen Abstützelementen bestückt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Dämpfungsring sowie das Abstützelement aus einem Gummiwerkstoff oder aus einem elastischen Kunststoff hergestellt sind. Dazu werden Werkstoffe ausgewählt, die sowohl für ein gummiartiges Material als auch für einen Kunststoff eine hohe Dauerfestigkeit gewährleisten, die sich insbesondere durch eine hohe Verschleißfestigkeit und Temperaturbeständigkeit auszeichnen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Fliehkraftpendeleinrichtung ist eine definierte Einbaulage für den Dämpfungsring sowie das Abstützelement vorgesehen. Bevorzugt sind die zur Dämpfung der Pendelmassen eingesetzten Bauteile, der den Abstandsbolzen umschließende Dämpfungsring sowie das ortsfest an dem Trägerflansch fixierte Abstützelement so platziert, dass sich im Betriebszustand fliehkraftbedingt ein max. radialer Abstand von ≤ 3 mm einstellt.
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Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung schließt eine sichere formschlüssige Befestigung des elastischen Abstützelementes ein. Dazu wird ein radial nach innen gerichteter Steckabschnitt des Abstützelementes in eine lokale Aufnahme des Trägerflansches gedrückt. Eine sichere Fixierung des Abstützelementes wird mittels ankerartiger Vorsprünge des Steckabschnitts erreicht, die einen Hinterschneidungen bildenden Öffnungsbereich der Aufnahme hintergreifen. Um einerseits die Montage des Abstützelementes zu vereinfachen und anderseits deren Elastizität zu erhöhen bietet es sich an, den Steckabschnitt des Abstützelementes mit einem Hohlraum zu versehen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften konstruktiven Ausgestaltung der Fliehkraftpendeleinrichtung ist vorgesehen, dass eine Breite von dem Abstützelement übereinstimmend mit einer Bauteilbreite von dem Trägerflansch ausgelegt ist. Diese Auslegung gewährleistet einen maximalen Abstützkontakt zwischen dem Dämpfungsring des Abstandsbolzens und dem Abstützelement. Zur Erzielung einer optimalen Dämpfung ist vorgesehen, einen Dämpfungsring mit einer Wandstärke von vorzugsweise ≥ 2 bis ≤ 4,5 mm vorzusehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Fliehkraftpendeleinrichtung ist vorgesehen, den Dämpfungsring und das Abstützelement dauerfest an dem zugehörigen Bauteil zu befestigen. Dazu ist der Dämpfungsring vorzugsweise kraftschlüssig mittels einer Presspassung auf dem Abstandsbolzen lagefixiert. Für das Abstützelement kann alternativ und / oder ergänzend zu einer formschlüssigen Befestigung eine stoffschlüssige Fixierung an dem Trägerflansch vorgesehen werden, wozu sich bevorzugt eine Klebung eignet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigen:
- 1 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäß aufgebauten Fliehkraftpendeleinrichtung dargestellt in einer Perspektive;
- 2 eine erfindungsgemäß aufgebaute Fliehkraftpendeleinrichtung, wobei das Pendelmassenpaket in einer durch die Fliehkraft radial nach außen verlagerten Position abgebildet ist; und
- 3 die Fliehkraftpendeleinrichtung gemäß 2, wobei das Pendelmassenpaket in einem fliehkraftfreien Zustand abgebildet ist.
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt von einer Fliehkraftpendeleinrichtung 1, die einem auch Zweimassenschwungrad (ZMS) genannten Drehschwingungsdämpfer (nicht gezeigt) von einem Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Die Fliehkraftpendeleinrichtung 1 umfasst einen um eine Drehachse rotierenden, einem Bauteil des Drehschwingungsdämpfers zugeordneten, auch Pendelflansch genannten Trägerflansch 2, der zur Aufnahme von mehreren in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Pendelmassenpaketen 3 bestimmt ist. Jedes Pendelmassenpaket 3 besteht aus zwei beidseitig von dem Trägerflansch 2 beabstandet angeordneten, gleich dimensionierten Pendelmassen 4, die zur Bildung einer Einheit über Abstandsbolzen 5 starr verbunden sind. Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in 1 sowie in allen weiteren Figuren der Trägerflansch 2 jeweils ohne vordere Pendelmasse 4 des Pendelmassenpaketes 3 abgebildet.
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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 Pendelmassen 4 gegenüber dem Trägerflansch 2. Die Relativbewegung gewährleisten jeweils zwei jedem Pendelmassenpaket 3 zugeordnete, auch Laufrollen genannte Stufenbolzen 6, die in Führungsbahnen 7 der Pendelmassen 4 sowie in Kulissenbahnen 8 im Trägerflansch 2 eingesetzt und geführt sind, die zueinander gegenläufig verlaufend ausgerichtet sind.
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Die Fliehkraftpendeleinrichtung 1 umfasst Abstandnahmen zur gezielten Schwingungsdämpfung des die Pendelmassen 4 einschließenden Pendelmassenpaketes 3 während der Betriebszustände Start und Stopp bzw. bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine. Dazu sind alle Abstandsbolzen 5 des die Pendelmassen 4 verbindenden Pendelmassenpaketes 3 von einem Dämpfungsring 9 umschlossen, dem radial innenseitig ein in einer Aussparung 10 des Trägerflansches 2 lagefixiert positioniertes, elastisches Abstützelement 11 zugeordnet ist.
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Die 2 und die 3 zeigen jeweils in einer Vorderansicht einen weiteren Ausschnitt der erfindungsgemäß aufgebauten Fliehkraftpendeleinrichtung 1, die den konstruktiven Aufbau der Dämpfungsmaßnahmen verdeutlichen. In 1 ist das Pendelmassenpaket 3 mit den zugehörigen Pendelmassen 4 in einer durch die Fliehkraft max. radial nach außen verlagerten Position (verdeutlicht durch den Pfeil) abgebildet. Dabei stellt sich ein radialer Abstand Y von ≤ 3 mm zwischen dem Dämpfungsring 9 und dem Abstützelement 11 ein. Die 3 zeigt das Pendelmassenpaket 3 in einem fliehkraftfreien Zustand, - der sich beispielsweise in den Betriebszuständen bzw. Fahrzuständen Start und Stopp oder bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine einstellt, - bei dem der Dämpfungsring 9 an dem Abstützelement 11 gedämpft anschlägt.
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In allen anderen Betriebszuständen ist die erfindungsgemäße Dämpfung unwirksam, wodurch ein normaler Fliehkraftpendelbetrieb gewährleistet ist. Für den bevorzugt drehfixiert auf dem Abstandsbolzen 5 angeordneten Dämpfungsring 9 ist eine Wandstärke S von ? 2 bis ≤ 4,5 mm vorgesehen. Das elastische Abstützelement 11 ist über einen radial nach innen gerichteten Steckabschnitt 12 formschlüssig mit dem Trägerflansch 2 verbunden. Dazu wird der Steckabschnitt 12 in eine lokale Aufnahme 13 des Trägerflansches 2 gedrückt, wobei eine sichere Fixierung durch ankerartige Vorsprünge 14 des Steckabschnitts 12 erreicht wird, die eine Hinterschneidungen bildende verengte Öffnung 15 der Aufnahme 13 hintergreift. Als Maßnahme um einerseits die Montage des Abstützelementes 11 zu vereinfachen und anderseits deren Elastizität zu erhöhen, ist in dem Abstützelement 11 ein Hohlraum 16 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendeleinrichtung
- 2
- Trägerflansch
- 3
- Pendelmassenpaket
- 4
- Pendelmasse
- 5
- Abstandsbolzen
- 6
- Stufenbolzen
- 7
- Führungsbahn
- 8
- Kulissenbahn
- 9
- Dämpfungsring
- 10
- Aussparung
- 11
- Abstützelement
- 12
- Steckabschnitt
- 13
- Aufnahme
- 14
- Vorsprung
- 15
- Öffnung
- 16
- Hohlraum
- S
- Wandstärke (Dämpfungsring)
- Y
- Abstand (Dämpfungsring zu Abstützelement)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012202255 A1 [0003]
- DE 102006028556 A1 [0006]
- DE 102009042836 A1 [0007]
- DE 102017130493 A1 [0008]
