DE102011016568A1

DE102011016568A1 - Fliehkraftpendel

Info

Publication number: DE102011016568A1
Application number: DE102011016568A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Movlazada Parviz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2011-11-03
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: DE102011016568B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem drehangetriebenen Aufnahmeteil und an diesem über den Umfang verteilten Pendelmassen, die mittels in diesen und komplementär im Aufnahmeteil vorgesehenen Laufbahnen abwälzenden Wälzkörpern verschwenkbar gegenüber dem Aufnahmeteil angeordnet sind. Um das Abwälzen der Pendelmassen über die Wälzkörper unter Last zu verbessern und Gleitanteile zu vermeiden, werden die Laufbahnen mit bezüglich einer Mittellage in Umfangsrichtung asymmetrisch zueinander ausgebildeten Laufbahnsegmenten versehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem drehangetriebenen Aufnahmeteil und an diesem über den Umfang verteilten Pendelmassen, die mittels in diesen und komplementär im Aufnahmeteil vorgesehenen Laufbahnen abwälzenden Wälzkörpern verschwenkbar gegenüber dem Aufnahmeteil angeordnet sind.
Gattungsgemäße Fliehkraftpendel sind bevorzugt in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zur Isolation von Drehschwingungen, die von einer Brennkraftmaschine, beispielsweise einem Dieselmotor dem eingetragenen Antriebsmoment überlagert in den Antriebsstrang eingebracht werden, alleinstehend oder in Verbindung mit Drehschwingungsdämpfern wie beispielsweise Zweimassenschwungrädern aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt ein in der DE 10 2009 021 355 A1 offenbarter Drehschwingungsdämpfer mit einem Fliehkraftpendel ein um eine Drehachse drehendes Aufnahmeteil mit mehreren, über den Umfang verteilten Pendelmassen, die mittels Wälzkörpern gegenüber dem Aufnahmeteil in Umfangsrichtung verschwenkbar sind. Die Wälzkörper wälzen dabei auf durch Ausschnitte dargestellte Laufbahnen in den Pendelmassen und in dem Aufnahmeteil ab. Durch die Ausgestaltung jeweils zweier Laufbahnen in einer Pendelmasse und hierzu komplementären Laufbahnen in dem Aufnahmeteil können die Pendelmassen gegenüber dem Aufnahmeteil eine begrenzte Pendelbewegung ausführen, bei der unter Fliehkrafteinfluss der Schwerpunkt der Pendelmassen gegenüber dem Aufnahmeteil verändert wird, so dass bei einem Eintrag von Drehschwingungen drehzahladaptiv eine Schwingungstilgung auftritt. Die Pendelmassen sind hierbei bifilar an dem Aufnahmeteil aufgehängt. Dies bedeutet, dass beide Wälzkörper einer Pendelmasse parallel zueinander um jeweils eine Pendelachse vorwiegend transversal verlagert werden, wodurch die Pendelmassen gegeneinander beabstandet werden müssen und daraus die Pendelmassen mit niedriger Masse und daher verringertem Rückstellmoment vorgesehen werden müssen.
Aus der GB 598 811 ist ein Fliehkraftpendel bekannt, bei dem Ausführungsbeispiele vorgesehen sind, deren Kontaktpunkte der beiden einer Pendelmasse zugeordneten Wälzkörper zu den jeweils kreissegmentförmigen Ausschnitten in dem Aufnahmeteil und der Pendelmasse trapezförmig vorgesehen sind, so dass die Pendelmassen jeweils um eine einzige Pendelachse verschwenkbar wie pendelnd angeordnet sind und damit eine transversale und radiale Bewegung resultiert. Es hat sich dabei gezeigt, dass bei einer kreissegmentförmigen Ausbildung der Laufbahnen die Bewegung der beiden Wälzkörper ungleich ist und Rutsch- und Gleitzustände auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Fliehkraftpendel mit verbesserter Ausnutzung des Bauraums und/oder verbesserter Schwingungstilgung insbesondere vor dem Hintergrund einer zu vermeidenden oder zumindest verminderten gleitenden Bewegung der Wälzkörper in den Laufbahnen vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch ein Fliehkraftpendel insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem drehangetriebenen Aufnahmeteil und an diesem über den Umfang verteilten Pendelmassen, die mittels in diesen und komplementär im Aufnahmeteil vorgesehenen Laufbahnen abwälzenden Wälzkörpern verschwenkbar gegenüber dem Aufnahmeteil angeordnet sind, gelöst, wobei die Laufbahnen bezüglich einer Mittellage in Umfangsrichtung asymmetrisch zueinander ausgebildete Laufbahnsegmente aufweisen.
Derartige Fliehkraftpendel können beispielsweise einzeln oder in Verbindung mit einem Drehschwingungsdämpfer, beispielsweise einem geteilten Schwungrad im Antriebsstrang vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Aufnahmeteil drehfest mit einer der Schwungmassen wie sekundärer Schwungmasse oder mit einem mit diesem drehfest verbundenen Flanschteil verbunden sein oder ein derartiges Flanschteil bilden. Das Flanschteil kann zusätzlich in Umfangsrichtung wirksame Energiespeicher des geteilten Schwungrads beaufschlagen.
Infolge der spezifischen Bewegungsgeometrie der Pendelmassen bei einer trapezförmigen Anordnung der Berührungspunkte wie Abwälzpunkte an den Laufbahnen sind die Schwingwinkel an den beiden Laufbahnen einer Pendelmasse nicht gleich, so dass bei einer kreissegmentförmigen Ausgestaltung der Laufbahnen abhängig und von der Richtung des Ausschlags jeweils eine Laufbahn weniger belastet ist als die andere, so dass an dieser Laufbahn Rutschvorgänge auftreten. Erfindungsgemäß bewirkt die von einer kreissegmentförmigen Ausbildung abweichende asymmetrische Anordnung der Laufbahnsegmente bei in Zug- und Schubrichtung gleichem Neigewinkel der Pendelmasse einen Ausgleich der Ungleichbelastung der Laufbahnen.
Zur Einrichtung einer Pendelbewegung der Pendelmassen gegenüber dem Aufnahmeteil werden vorzugsweise pro Pendelmasse jeweils zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, ausgehend von der Mittellage in Umfangsrichtung jeweils bogenförmig nach radial außen verlaufende Laufbahnen und in dem Aufnahmeteil pro Pendelmasse jeweils zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete, ausgehend von der Mittellage in Umfangsrichtung jeweils bogenförmig nach radial innen verlaufende Laufbahnen vorgesehen. Hierbei werden die bogenförmig ausgebildeten Laufbahnen in Laufbahnsegmente geteilt, die ausgehend von der Mittellage in Umfangsrichtung unterschiedliche Steigungen in radiale Richtung aufweisen. Beispielweise können die bei in Zugrichtung beschleunigtem Aufnahmeteil von den Wälzkörpern kontaktierten Laufbahnsegmente eine höhere Steigung aufweisen als die in Schubrichtung kontaktierten. Hierbei ist davon auszugehen, dass die Pendelmassen infolge Massenträgheit bei um die Drehachse des Aufnahmeteils beschleunigtem Aufnahmeteil im Zugbetrieb gegen die Drehachse beschleunigt werden, so dass die Laufbahnsegmente mit den größeren Steigungen bezogen auf die Mittellage der Pendelmassen in Umfangsrichtung gegen die Drehrichtung des Aufnahmeteils angeordnet sind.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die Laufbahnen in Umfangsrichtung in zwei ineinander übergehende Laufbahnsegmente geteilt, die aus zwei oder mehreren Kreissegmenten mit unterschiedlichen Radien gebildet sind. Ein Übergangspunkt der Kreissegmente ineinander kann dabei an einer maximalen transversalen Auslenkung der Pendelmassen gegenüber dem Aufnahmeteil angeordnet sein.
An dem Aufnahmeteil des Fliehkraftpendels können mehrere über den Umfang verteilte Pendelmassen bevorzugt beidseitig des Aufnahmeteils angeordnet sein. Hierbei sind die axial einander gegenüber liegenden Pendelmassen jeweils miteinander verbunden, wobei ein Wälzkörper jeweils in den zusammengehörigen Laufbahnen der beiden Pendelmassen und des Aufnahmeteils abwälzen. Beispielsweise können über den Umfang verteilt beispielsweise vier oder sechs Pendelmassenpaare, die aus jeweils zwei sich axial gegenüberliegenden Pendelmassen gebildet sind, vorgesehen sein, wobei die Pendelmassen beziehungsweise Pendelmassenpaare bezüglich ihrer Endbereiche zu einer die Teilung der Pendelmassen bestimmenden Teilungsachsen parallel angeordnet wie ausgebildet sind. Hierbei kann zwischen zwei Endbereichen ein Teilungsspalt vorgesehen sein, um eine Kontaktierung der in Umfangsrichtung benachbarten Endbereiche zweier Pendelmassen zu verhindern.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Außenumfang der Pendelmassen einen kleineren Radius als der Radius des Aufnahmeteils aufweist. Der Radius der Pendelmassen ist dabei so bemessen, das die Pendelmassen während einer Pendelbewegung radial innerhalb des Aufnahmeteils verbleiben, so dass der radiale Bauraum alleinig durch den Außenradius des Aufnahmeteils vorgegeben wird. Weiterhin kann der Innenradius der Pendelmassen auf einen durch Bauraumvorgaben vorgegebenen Innenradius abgestimmt werden, der bei einer Pendelbewegung der Pendelmassen nicht unterschritten wird.
Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Diese zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fliehkraftpendels im lastfreien Zustand,
2 eine schematische Ansicht des Fliehkraftpendels der 1 unter Last,
3 einen Ausschnitt des Fliehkraftpendels mit einer Pendelmasse in Ansicht und
4 geometrische Vorgaben zur Ausbildung der Laufbahnen einer Pendelmasse.
1 zeigt eine schematische Ansicht des Fliehkraftpendels 1 mit dem um die Drehachse 2 verdrehbaren Aufnahmeteil 3 für die über den Umfang verteilten Pendelmassenpaare 4, die jeweils aus einer Pendelmasse 5 und einer nicht einsehbaren, auf der anderen Seite des Aufnahmeteils angeordneten und mit der Pendelmasse 5 beispielsweise über nicht dargestellte, entsprechende Ausschnitte des Aufnahmeteils 3 durchgreifende Abstandsbolzen fest verbundene Pendelmasse 6 gebildet sind. Die Pendelmassenpaare 4 sind jeweils mittels der Wälzkörper 7 an dem Aufnahmeteil 3 in Umfangsrichtung und radiale Richtung begrenzt verschwenkbar aufgenommen. Hierzu sind in dem Aufnahmeteil 3 und in den Pendelmassen 5, 6 komplementär zueinander ausgebildete Ausschnitte 8, 9 mit Laufbahnen 10, 11 vorgesehen, auf denen die Wälzkörper 7 abrollen.
Die dargestellte Mittellage der Wälzkörper 7 auf den Laufbahnen 10, 11 trennt die Laufbahnen 10, 11 in Umfangsrichtung in jeweils zwei Laufbahnsegmente 12, 13 und 14, 15, die bezogen auf die auf die Mittellagen der Wälzkörper 7 in Umfangsrichtung asymmetrisch ausgebildet sind. Das gezeigte Ausführungsbeispiel sieht in Richtung des Pfeils 16, der die Drehrichtung des Aufnahmeteils 3 um die Drehachse 2 angibt, gegenüber der Mittellage verlagert Laufbahnsegmente 12 der Pendelmassen 5 und Laufbahnsegmente 14 des Aufnahmeteils vor, die eine geringere Steigung in Umfangsrichtung aufweisen, als die der Mittellage gegenüberliegenden Laufbahnsegmente 13, 15 mit höherer Steigung. Durch diese höhere Steigung der Laufbahnsegmente 13, 15 werden bei einem Pendelvorgang der Pendelmassen 5, 6 in die Position der Laufbahnsegmente 13, 15 durch die auf die Pendelmassen 5, 6 wirkende Fliehkraft die Wälzkörper 7 mit höherer Anpresskraft gegen die Laufbahnen 10, 11 gepresst, da die Pendelmassen auf einen kleineren Wirkdurchmesser gezogen werden. Hierdurch werden während einer Pendelbewegung der Pendelmassen 5, 6 beide Wälzkörper 7 in Zug- und Schubrichtung mit denselben Rückstellkräften an den Laufbahnen 10, 11, insbesondere auf den Laufbahnsegmenten 13, 15 belastet.
Die Pendelmassen 5, 6 sind radial zwischen dem Außenumfang mit dem Außenradius R_max des Aufnahmeteils 3 und dem Innenumfang mit dem Innenradius R_min angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier über den Umfang verteilte Pendelmassenpaare 4 um die vierzählige Drehachse 2 jeweils zwischen den Teilungsachsen 17 angeordnet. Zur optimalen Abstimmung des Pendelwinkels der Pendelmassenpaare 4 sind die Endbereiche 18 dieser jeweils parallel zu den Teilungsachsen 17 ausgebildet. Zwischen diesen kann ein geringer Spalt 19 vorgesehen sein.
2 zeigt das Fliehkraftpendel 1 der 1 im voll ausgelegten Zustand der Pendelmassenpaare 4. Hierbei sind die Pendelmassenpaare 4 entgegen der Drehrichtung entlang des Pfeils 16 um die Drehachse 2 des Aufnahmeteils verlagert. Die Wälzkörper 7 sind daher an den Laufbahnsegmenten 13, 15 der Laufbahnen 10, 11 positioniert. Der gezeigte Zustand der Pendelmassenpaare 4 gibt das Fliehkraftpendel 1 unter Zug wieder. Durch die Drehbewegung werden die Pendelmassen 5, 6 entgegen der Drehrichtung entlang des Pfeils 16 verlagert. Dadurch verlagert sich durch die Ausgestaltung der Laufbahnen 10, 11 der Schwerpunkt der Pendelmassen 5, 6 nach radial innen. Die an den Pendelmassen 5, 6 anliegende Fliehkraft wirkt dieser Verlagerung entgegen, so dass ein Gleichgewichtszustand eingestellt wird. Treten beispielsweise durch die Brennkraftmaschine des Antriebsstrangs eingetragene Drehschwingungen in der Drehbewegung des Aufnahmeteils 3 auf, werden diese als potentielle Energie in den fliehkraftbehafteten Pendelmassen 5, 6 zwischengespeichert und später wieder abgegeben, so dass der über das Fliehkraftpendel 1 übertragene Drehmomentverlauf geglättet wird.
3 zeigt einen Ausschnitt des Fliehkraftpendels 1 mit den sich gegenüberliegenden, das Aufnahmeteil 3 zwischen sich aufnehmenden Pendelmassen 5, 6 und dem Aufnahmeteil 3.
Die Laufbahnen 10, 11 sind aus den Laufbahnsegmenten 12, 13, 14, 15 gebildet, die aus ineinander übergehenden Kreis- beziehungsweise Bogensegmenten mit unterschiedlichem Radius gebildet sind. Jeweils zwei Laufbahnen 10, 11 der Pendelmasse 5 und des Aufnahmeteils 3 sind an der durch die Drehachse 2 gehenden Symmetrielinie 20 gespiegelt. Die kreissegmentförmigen Laufbahnsegmente 13, 15 werden durch den Radius R_s in der Pendelmasse und den Radius R_a für das Aufnahmeteil 3 bestimmt. Die bogenförmigen Laufbahnsegmente 12, 14 werden durch sich erweiternde Kreissegmente mit sich vergrößerten bogenförmigen Erweiterungen R_a+aΔ am Aufnahmeteil 3 und bogenförmigen Erweiterungen R_s+sΔ an den Pendelmassen 5, 6 vorgegeben. Dabei kann die bogenförmige Erweiterung sich ausgehend von dem Radius R_a beziehungsweise R_s mit zunehmendem Schwingwinkel um einen vorgegebenen Betrag erweitern, so dass ein kontinuierlicher Übergang zu größeren Radien erfolgt.
4 zeigt die geometrischen Angaben zur Ausbildung der Pendelmasse 5 mit den Laufbahnen 10 mit den kreissegmentförmigen Laufbahnsegmenten 13 und den gegenüber dem Radius dieser bogenförmig erweiterten Laufbahnsegmenten 13. Die unterschiedlichen Radien der Laufbahnsegmente bedingen gleichzeitig veränderte Pendellängen l, l + l_Δ mit unterschiedlichen Schwingwinkeln φ_L, φ_R. Bei einer Verlagerung der Pendelmasse 5 neigt sich diese in beide Pendelrichtungen um den Neigungswinkel β aus der Horizontalen und schwingt um die Pendelachse 21 mit dem halben Schwingwinkel φ. Die Pendelachse 21 ist um die Trapezhöhe h gegenüber der Drehachse 2 verlagert. Dabei kann der Betrag h so ausgelegt sein, dass die Pendelachse 21 radial zwischen der Pendelmasse 5 und der Drehachse 2, auf der Drehachse 2 oder die Drehachse zwischen Pendelachse 21 und Pendelmasse 5 liegt. Der Übergang der beiden die Laufbahnen 10 bildenden Laufbahnsegmente 12 mit bogenförmig sich aus den kreissegmentförmigen Laufbahnsegmenten 13 mit dem Radius R_s erweiternden Laufbahnsegmenten 12 mit der bogenförmigen Erweiterung R_s+sΔ (3) erfolgt bevorzugt bei der Ausbruchsbreite B_m der Pendelmasse 5, die eine maximale Verlagerung der Pendelmasse 5 in horizontale Richtung wiedergibt.
Bezugszeichenliste

1: Fliehkraftpendel
2: Drehachse
3: Aufnahmeteil
4: Pendelmassenpaar
5: Pendelmasse
6: Pendelmasse
7: Wälzkörper
8: Ausschnitt
9: Ausschnitt
10: Laufbahn
11: Laufbahn
12: Laufbahnsegment
13: Laufbahnsegment
14: Laufbahnsegment
15: Laufbahnsegment
16: Pfeil
17: Teilungsachse
18: Endbereich
19: Spalt
20: Symmetrielinie
21: Pendelachse
B_m: Ausbruchsbreite
β: Neigungswinkel
h: Trapezhöhe
l: Pendellänge
l+l_Δ: Pendellänge
φ: Schwingwinkel
φ_L: Schwingwinkel
φ_R: Schwingwinkel
R_a: Radius
R_a+aΔ: bogenförmige Erweiterung
R_max: Außenradius
R_min: Innenradius
R_s: Radius
R_s+sΔ: bogenförmige Erweiterung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009021355 A1 [0002]
GB 598811 [0003]

Claims

Fliehkraftpendel (1) insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem drehangetriebenen Aufnahmeteil (3) und an diesem über den Umfang verteilten Pendelmassen (5, 6), die mittels in diesen und komplementär im Aufnahmeteil (3) vorgesehenen Laufbahnen (10, 11) abwälzenden Wälzkörpern (7) verschwenkbar gegenüber dem Aufnahmeteil (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (10, 11) bezüglich einer Mittellage in Umfangsrichtung asymmetrisch zueinander ausgebildete Laufbahnsegmente (12, 13, 14, 15) aufweisen.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass pro Pendelmasse (5, 6) jeweils zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Laufbahnen (10) mit ausgehend von der Mittellage in Umfangsrichtung jeweils einander zugewandten, nach radial außen weisenden kreissegmentförmigen Laufbahnsegmenten (13) und voneinander wegweisenden sich bogenförmig nach radial außen erweiternde Laufbahnsegmente (12) vorgesehen sind.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeteil (3) pro Pendelmasse (5, 6) jeweils zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Laufbahnen (11) mit ausgehend von der Mittellage in Umfangsrichtung jeweils voneinander wegweisenden, nach radial innen weisenden kreissegmentförmigen Laufbahnsegmenten (14) und einander zugewandten sich bogenförmig nach radial innen erweiternde Laufbahnsegmente (12) Laufbahnen (11) vorgesehen sind.
Fliehkraftpendel (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (10, 11) in Umfangsrichtung zwei ineinander bogen- beziehungsweise kreissegmentförmig ineinander übergehende Laufbahnsegmente (11, 12, 13, 14) mit unterschiedlichen Radien (R_a, R_s) beziehungsweise bogenförmigen Erweiterungen (R_a+aΔ, R_s+sΔ) aufweisen.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die bogenförmigen Erweiterungen (R_a+aΔ, R_s+sΔ) ausgehend von den Radien (R_a, R_s) mit zunehmendem Schwungwinkel erweitern.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangspunkt der Kreissegmente ineinander an einer maximalen transversalen Auslenkung der Pendelmassen (5, 6) gegenüber dem Aufnahmeteil (3) angeordnet ist.
Fliehkraftpendel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelmassen (5, 6) bezüglich ihrer Endbereiche (18) zu einer die Teilung der Pendelmassen (5, 6) bestimmenden Teilungsachsen (17) parallel angeordnet sind.
Fliehkraftpendel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang der Pendelmassen (5, 6) einen kleineren Radius als der Außenradius (R_max) des Aufnahmeteils (3) aufweist.