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Die Erfindung betrifft eine Pendelrolle, die in einem Fliehkraftpendel eingesetzt ist, das umfangsverteilt mehrere pendelnd aufgenommene Pendelmassen umfasst, die über die Pendelrollen an zumindest einem drehbaren Trägerflansch beweglich angeordnet sind und die Pendelrollen in zueinander gegenläufigen Kulissenbahnen von dem Trägerflansch und der Pendelmassen geführt sind, wobei die Pendelrollen zwei äußere Rollenabschnitte sowie einen mittigen Rollenabschnitt einschließen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Pendelrolle.
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Fliehkraftpendel werden zur Schwingungsdämpfung, insbesondere zur Isolation von Drehschwingungen, in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen eingesetzt, die mittels einer Brennkraftmaschine angetrieben werden. Dabei wird die Schwingungsenergie bzw. die Schwingungsamplitude gedämpft oder getilgt, indem Pendelmassen der Fliehkraftpendelanordnung gegenläufig zu den zu tilgenden Schwingungen schwingen. Im Betriebszustand der Brennkraftmaschine können die Pendelmassen entlang von Kulissenführungen Schwingungen ausführen. Damit kann einer Erregerschwingung zur passenden Zeit Energie entzogen und wieder zugeführt werden zur Beruhigung der Erregerschwingung. Da die Eigenfrequenz der Fliehkraftpendelschwingung und auch die Erregerfrequenz proportional zur Drehzahl verlaufen, bewirkt das Fliehkraftpendel über den gesamten Frequenzbereich eine gewünschte Tilgerwirkung.
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Aus
DE 10 2006 028 556 A1 ist ein Fliehkraftpendel zur drehzahlabhängigen Drehschwingungsdämpfung bekannt. Das Fliehkraftpendel umfasst mehrere Pendelmassen und einen oder mehrere zentrale, oder seitlich der Pendelmassen angeordnete in Form einer Kreisringscheibe gestalteten drehbaren Trägerflansch. Die Flanken des Trägerflansches bilden Führungsflächen für die Pendelmassen, die mittels Kulissenführungen in Verbindung mit Pendelrollen beweglich geführt sind. Die Kulissenführungen, in die jeweils die Pendelrollen eingreifen, werden durch Aussparungen im Trägerflansch und in den Pendelmassen gebildet.
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Übereinstimmend erfolgt die Herstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Pendelrollen mittels einer Zerspanungstechnik, bevorzugt durch Drehen aus einem Rohling oder aus einem Halbzeug. Alternativ oder ergänzend dazu bietet sich an, ein spangebendes Fräsen vorzusehen. Eine abschließende Endbearbeitung der Pendelrolle kann durch ein Schleifverfahren erfolgen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare Pendelrolle bereitzustellen, deren Aufbau und Festigkeit mit bekannten bisherigen Pendelrollen übereinstimmt. Weiterhin soll ein kostenoptimiertes Verfahren zur Herstellung der Pendelrolle vorgestellt werden.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1, 6 und 8 gelöst. Die jeweils zugeordneten Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, die Pendelrolle spanlos herzustellen, ohne negativen Einfluss auf die Dauerfestigkeit. Erfindungsgemäß ist dazu die einteilig oder mehrteilig aufgebaute Pendelrolle spanlos aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Weiterhin schließt die Pendelrolle unterschiedliche, auch Laufflächen genannte Rollenabschnitte ein, zwei äußere, gleichdimensionierte Rollenabschnitte, deren Durchmesser den Durchmesser eines mittleren zentralen Rollenabschnitts übertrifft. Dabei sind die Rollenabschnitte durch Borde getrennt, deren Borddurchmesser die Durchmesser von allen Rollenabschnitten der Pendelrolle übertrifft.
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Im Vergleich zu bekannten, spangebend hergestellten Pendelrollen ist mittels einer spanlosen Herstellung ein stets angestrebter Kostenvorteil realisierbar. Die erfindungsgemäße Pendelrolle ist folglich insbesondere bei Fahrzeuganwendungen mit hohen Stückzahlen von Vorteil.
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Die gemäß der Erfindung aufgebaute und hergestellte Pendelrolle ist für Fliehkraftpendeleinrichtungen mit einem Trägerflansch oder mit zwei Trägerflanschen einsetzbar, wobei deren Rollenabschnitte in zugehörige Kulissenführungen der Umgebungskonstruktion eingreifen.
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Der zentrale, erste Rollenabschnitt der Pendelrolle greift bei einer Einflanschvariante in die Kulissenführung des Trägerflansches und die zweiten äußeren Rollenabschnitte in Kulissenführungen der Pendelmassen. Bei einer Zweiflanschvariante sind der zentrale Rollenabschnitt der Pendelmasse und die äußeren Rollenabschnitte den Trägerflanschen zugeordnet. Die unterschiedlichen Rollenabschnitte ermöglichen vorteilhaft eine Zentrierung der Pendelrolle, insbesondere bei einem Drehen der Pendelrolle um die Pendelrollendrehachse. Im Betriebszustand kann damit die Pendelrolle eine Sollposition einnehmen und diese beibehalten, was sich vorteilhaft auf den Verschleiß auswirkt. Damit eignet sich die Pendelrolle auch zum Einsatz bei hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Trägerflansch und der Pendelmasse.
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Durch die auch als Bund bezeichneten Borde der Pendelrolle, die jeweils zwischen dem mittigen Rollenabschnitt und einem äußeren Rollenabschnitt platziert sind, stellen sich exakt axial abgegrenzte Rollenabschnitte ein. Weiterhin kann mit den Borden eine Führung der Pendelrollen an dem Trägerflansch realisiert werden, die außerdem einen axialen Abstand zwischen der Pendelmasse und dem Trägerflansch definieren. Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Gestaltung ist in einer Übergangszone zwischen dem mittigen Rollenabschnitt und den Borden ein gerundeter, Spannungsspitzen reduzierender gerundeter Einstich oder Radius vorgesehen. Außerdem bietet es sich an, die Borde mit einer radial außen abnehmenden Breite zu versehen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, alternativ zu zylindrisch walzenartig ausgeführten Rollenabschnitten diese in Richtung einer Längsachse der Pendelrolle konvex, in einer fassartigen bzw. tonnenartigen Form auszubilden. Diese Rollenabschnittsform führt zu einem gewünschten einfachen Anpassen einer Rollrichtung und folglich zu einer optimierten Rollbewegung der Pendelrolle. Die Pendelrolle kann bedarfsabhängig Rollenabschnitte einschließen, die übereinstimmend eine konvexe Lauffläche bilden. Alternativ dazu kann die Pendelrolle ausschließlich äußere konvex ausgeführte Rollenabschnitte aufweisen oder lediglich einen inneren konvex ausgebildeten Rollenabschnitt. Außerdem schließt die Erfindung konkav gestaltete Rollenabschnitte ein.
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Ferner schließt die Erfindung eine Pendelrolle ein, die zumindest einen kegelförmig verlaufenden Rollenabschnitt aufweist. Bevorzugt weisen dabei die äußeren Rollenabschnitte eine kegelstumpfartige Lauffläche bzw. Mantelfläche auf, deren Durchmesser in Richtung einer Außenkontur der Pendelrolle kontinuierlich abnimmt. Für die kegelstumpfartige Form bzw. Kegelverjüngung ist ein Kegelwinkel zwischen 0,8° und 3° vorgesehen.
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Bevorzugt ist erfindungsgemäß eine einteilig ausgeführte Pendelrolle vorgesehen. Die gemäß der Erfindung gestaltete Pendelrolle kann alternativ mehrteilig aus einzelnen stoffschlüssig oder formschlüssig zusammengefügten Bauelementen bestehen. Beispielsweise bietet sich eine Pendelrolle an, die in drei jeweils einem Rollenabschnitt entsprechende Sektoren aufgeteilt ist, die vorgefertigt oder bereits fertiggestellt zusammengefügt werden.
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Nach Anspruch 5 ist zur Herstellung einer Pendelrolle ein Urformverfahren vorgesehen. Bei diesem Fertigungsverfahren wird aus einem plastischen, körnigen, flüssigen oder pulverförmigen Ausgangsstoff ein dauerfester stabiler Körper mit einer geometrisch definierten Form hergestellt. Von den bekannten Urformverfahren eignet sich zur Herstellung der Pendelrolle insbesondere das auch PIM (Powder Injection Moulding) genannte Pulverspritzgießverfahren, das folgende Verfahrensschritte einschließt. Zunächst erfolgt ein Bereitstellen einer beispielsweise aus Stahl oder einem anderen Metall bestehenden Spritzgussform für die Pendelrolle. Dann wird als Spritzgussmaterial ein Gemisch aus wenigstens einem Metallpulver und wenigstens einem organischen Bindemittel mittels Granulieren bereitgestellt. Anschließend erfolgt ein Einspritzen von dem Gemisch über eine entsprechende Spritzgussmaschine in die Spritzgussform, um die Pendelrolle in eine gewünschte Form zu bringen. Danach wird der Binder entfernt und das Bauteil bei hoher Temperatur erhitzt. Abschließend wird die fertige Pendelrolle aus der Spritzgussform entformt. Mit diesem Verfahren sind metallische Bauteile in einer großen Formgebungsvielfalt und hoher Festigkeit einstückig herstellbar. Das Pulverspritzgießen ist ein wirtschaftliches, sich vorzugsweise für Großserienprodukte geeignetes Fertigungsverfahren, das vorteilhaft für die Herstellung der erfindungsgemäßen Pendelrolle einsetzbar ist. Vorteilhaft ist dieses Verfahren einfach und kostengünstig durchführbar im Vergleich zu einem Feingussverfahren, bei welchem eine Pendelrollenform aufwendig mittels Wachs und Keramik herzustellen ist.
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Als weiteres Urformverfahren zur Herstellung der Pendelrolle ist ein Sinterverfahren vorgesehen. Dabei wird ein Metallpulver in eine Form gepresst und anschließend im Ofen gesintert, wobei sich die Ausgangsstoffe verbinden bzw. zusammenbacken. Abschließend kann bei Bedarf eine Kalibrierung des Bauteils vorgenommen werden.
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Gemäß Anspruch 8 wird zur Herstellung einer Pendelrolle ein Umformverfahren eingesetzt, bei dem durch ein Walzverfahren ein Halbzeug oder ein Rohteil aus einem metallischen Werkstoff wie vorzugsweise ein legierter Stahl 100Cr6, zur Schaffung einer Pendelrolle plastisch verformt wird. Weiterhin eignen sich als Werkstoffe niedrig oder hochlegierte Stähle mit einem Kohlenstoffanteil von 0,14 bis 0,19 %. Außerdem kann für die Pendelrolle als Werkstoff Hartmetall oder Buntmetall eingesetzt werden. Bei den bekannten Walzverfahren erfolgt eine Unterscheidung zwischen einem Warmwalzen und einem Kaltwalzen. Bei dem Walzverfahren wird das auf einer oder mehreren definiert profilierten Flachbacken platzierte Profil auf einem Rohling abgebildet, indem die Platten linear zueinander verschoben werden. Dieses Verfahren kann parallel zu einem lokalen Flächenerwärmungsverfahren durchgeführt werden. Für das Kaltwalzen ist eine größere Verformungsarbeit erforderlich, wodurch der maschinelle Aufwand, insbesondere bei den sich drehenden Maschinenteilen, sehr hoch ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in vier Figuren näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigt:
- 1: in einer Vorderansicht ein Fliehkraftpendel;
- 2: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Pendelrolle in einer Einzelteilzeichnung;
- 3: die Pendelmasse gemäß 2 eingebaut in einem Fliehkraftpendel, das zwei axial beabstandete Trägerflansche einschließt;
- 4: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Pendelrolle in einer Einzelteilzeichnung.
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Die 1 zeigt ein auch Fliehkraftpendeleinrichtung genanntes Fliehkraftpendel 1, das für einen Antriebsstrang (nicht gezeigt) eines brennkraftmaschinengetriebenen Fahrzeugs bestimmt ist. Das bevorzugt in einer Drehmomentübertragungseinrichtung integrierte Fliehkraftpendel 1 umfasst zwei im Wesentlichen als eine Kreisringscheibe gestaltete, auch als Pendelflansche bezeichnete Trägerflansche 2, die um eine Drehachse 3 rotierbar sind. Die Trägerflansche 2 sind zur Aufnahme von insgesamt drei gleich dimensionierten Pendelmassen 4 bestimmt, die jeweils beweglich axial zwischen den Trägerflanschen 2 umfangsverteilt angeordnet sind. Das Fliehkraftpendel 1 üblichen Aufbaus und bekannter Wirkungsweise ermöglicht im Betriebszustand bei einer auftretenden Drehungleichförmigkeit eine Relativbewegung der Pendelmassen 4 gegenüber dem Trägerflansch 2. Die Relativbewegung gewährleisten auch Wälzkörper genannte Pendelrollen 5, die in gegenläufig verlaufenden Kulissenbahnen 6, 7 von den Pendelmassen 4 und dem Trägerflansch 2 eingesetzt und geführt sind. Die Kulissenbahnen 6, 7 werden von Durchgangsöffnungen gebildet, die sich in axialer Richtung sowohl durch den Trägerflansch 2 als auch durch die Pendelmassen 4 erstrecken und als gekrümmte Langlöcher gestaltet sind.
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Die 2 zeigt die in 1 eingesetzte, einteilig als Stufenbolzen aufgebaute Pendelrolle 5 vergrößert in einer Einzelteilzeichnung. Die spanlos aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise mittels eines Pulverspritzgießverfahrens hergestellte Pendelrolle 5 umfasst unterschiedliche, jeweils Führungsflächen bildende Rollenabschnitte 8, 9, die im Einbauzustand in zugehörige Kulissenbahnen 6, 7 eingepasst sind. Zwei äußere gleichdimensionierte Rollenabschnitte 9 der Pendelrolle 5 weisen einen Durchmesser D1 auf, die einen Durchmesser D2 des mittigen Rollenabschnitts 8 übertreffen. Zwischen den Rollenabschnitten 8 und 9 ist jeweils ein Bord 10 vorgesehen, dessen Durchmesser D3 den Durchmesser D1 der äußeren Rollenabschnitte 9 übertrifft. Der mittige, für die Kulissenbahn 6 in der Pendelmasse 4 bestimmte Rollenabschnitt 8 bildet zur Vermeidung von Spannungsspitzen in beiden Übergangszonen zu den Borden 10 einen gerundeten Einstich 11 oder einen wie in 4 gezeigten Radius 32.
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In der 3 ist ein Ausschnitt von einem zwei Trägerflanschen 22 umfassenden Fliehkraftpendel 21 abgebildet. Die Pendelmassen 24 sind dabei zwischen zwei axial beabstandeten Trägerflanschen 22 beweglich positioniert. Dabei sind die Pendelrollen 25 über die äußeren Rollenabschnitte 29 in Kulissenführungen 27 von den Trägerflanschen 22 und der mittige Rollenabschnitt 28 in Kulissenführungen 26 der Pendelmassen 24 geführt.
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Die 4 zeigt in einer vergrößerten Abbildung die in 3 eingesetzte Pendelrolle 25 in einer Einzelteilzeichnung. Vergleichbar mit der Pendelrolle 5 übertreffen die Durchmesser D1 der äußeren Rollenabschnitte 29 von der Pendelrolle 25 den Durchmesser D2 des mittigen Rollenabschnitts 28. Die Pendelrolle 25 schließt in Richtung einer Längsachse 31 konvex oder tonnenartig gestaltete Rollenabschnitte 29 ein, die in Kulissenbahnen 27 von den Trägerflanschen 22 eingreifen. Die Borde 30 zwischen den Rollenabschnitten 28, 29 bilden einen alle übrigen Durchmesser übertreffenden Durchmesser D3. Dabei verjüngen sich die Borde 30 von einer Wandstärke S1 im Bereich des Rohrabschnitts 29 kontinuierlich radial nach außen bis zu einer Wandstärke S2. Der Übergang von dem Bord 30 zu dem inneren Rollenabschnitt 28 schließt einen Spannungsspitzen reduzierenden Radius 32 ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendel
- 2
- Trägerflansch
- 3
- Drehachse
- 4
- Pendelmasse
- 5
- Pendelrolle
- 6
- Kulissenbahn
- 7
- Kulissenbahn
- 8
- Rollenabschnitt
- 9
- Rollenabschnitt
- 10
- Bord
- 11
- Einstich
- 21
- Fliehkraftpendel
- 22
- Trägerflansch
- 24
- Pendelmasse
- 25
- Pendelrolle
- 26
- Kulissenbahn
- 27
- Kulissenbahn
- 28
- Rollenabschnitt
- 29
- Rollenabschnitt
- 30
- Bord
- 31
- Längsachse
- 32
- Radius
- D1
- Durchmesser (äußere Rollenbahn)
- D2
- Durchmesser (mittige Rollenbahn)
- D3
- Durchmesser (Bord)
- S1
- Wandstärke (Bord)
- S2
- Wandstärke (Bord)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028556 A1 [0003]
