DE102017218968A1

DE102017218968A1 - Fliehkraftpendelvorrichtung und Verwendung einer derartigen Fliehkraftpendelvorrichtung

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Publication number: DE102017218968A1
Application number: DE102017218968.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Bertram
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2019-04-25
Also published as: CN109695661A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fliehkraftpendelvorrichtung (1) mit mindestens einem um eine Rotationsachse (2) drehbaren Pendelmassenträger (3) und mindestens zwei auf dem Pendelmassenträger (3) beweglich, sich gegenüberliegend und zur Rotationsachse (2) beabstandet angeordneten Pendelmassen (4a, 4b), wobei die Pendelmassen (4a, 4b) über bogenförmige Aussparungen (6a, 6b) verfügen, in welche Laufbolzen (5a, 5b) des Pendelmassenträgers (3) eingreifen, wodurch die Pendelmassen (4a, 4b) kinematisch zwangsgeführt sind.Es soll eine Fliehkraftpendelvorrichtung (1) bereitgestellt werden, die insbesondere hinsichtlich des Neustarts einer Brennkraftmaschine optimiert ist.Erreicht wird dies durch eine Fliehkraftpendelvorrichtung (1), bei der jeder Pendelmasse (4a, 4b) eine passive selbststeuernde Arretiereinrichtung (7) zugeordnet ist, die ein Arretiergewicht (7a), ein Arretierelement (7b) und ein Federelement (7c) umfasst, wobei- das Federelement (7c) jeder einer Pendelmasse (4a, 4b) zugeordneten Arretiereinrichtung (7) radial außerhalb der Pendelmasse (4a, 4b) angeordnet und ortsfest auf dem Pendelmassenträger (3) gelagert ist, und- das Arretierelement (7b) bei Unterschreiten einer vorgebbaren Drehzahl ndes Pendelmassenträgers (3) in die Pendelmasse (4a, 4b) eingreift und die Pendelmasse (4a, 4b) gegenüber dem Pendelmassenträger (3) in einer äußeren am weitesten von der Rotationsachse (2) beabstandeten Position fixiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fliehkraftpendelvorrichtung mit mindestens einem um eine Rotationsachse drehbaren Pendelmassenträger und mindestens zwei auf dem Pendelmassenträger beweglich, sich gegenüberliegend und zur Rotationsachse beabstandet angeordneten Pendelmassen, wobei die Pendelmassen über bogenförmige Aussparungen verfügen, in welche Laufbolzen des Pendelmassenträgers eingreifen, wodurch die Pendelmassen kinematisch zwangsgeführt sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung einer derartigen Fliehkraftpendelvorrichtung.
Schwingungen erlangen bei der Konstruktion und Auslegung von Kraftfahrzeugen und Brennkraftmaschinen zunehmend an Bedeutung. Unter anderem wird versucht, das von der Brennkraftmaschine verursachte Geräusch zu beeinflussen. Motiviert werden diese Entwicklungsarbeiten auch durch die Erkenntnis, dass die Kaufentscheidung eines Kunden beim Erwerb auch vom Geräusch der Brennkraftmaschine bzw. des Fahrzeugs mit beeinflusst wird, insbesondere unter dem Gesichtspunkt des Komforts. Von besonderer Bedeutung für den akustischen Fahrkomfort ist die Körperschalleinleitung in die Karosserie über die Motorlagerung.
Am Beispiel des Kurbeltriebs bzw. der Kurbelwelle soll das Phänomen der Schwingungen kurz näher erläutert werden.
Die Kurbelwelle bildet zusammen mit den an ihr angekoppelten Triebwerksteilen ein schwingungsfähiges System. Dabei wird die Kurbelwelle durch die sich zeitlich verändernden Drehkräfte, welche über die an den einzelnen Kurbelzapfen angelenkten Pleuelstangen in die Kurbelwelle eingeleitet werden, zu Drehschwingungen angeregt. Die Drehschwingungen der Kurbelwelle führen dabei sowohl zu Geräuschen durch Körperschallabstrahlung als auch zu Geräuschen durch Körperschalleinleitung in die Karosserie und in die Brennkraftmaschine. Bei Anregung der Kurbelwelle im Eigenfrequenzbereich kann es dabei zu hohen Drehschwingungsamplituden kommen, die sogar zum Dauerbruch führen können. Letzteres zeigt, dass Schwingungen auch im Hinblick auf die Festigkeit der Bauteile eine Rolle spielen. Die Drehschwingungen der Kurbelwelle führen zu Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine und werden über den Steuertrieb bzw. Nockenwellenantrieb auch auf die Nockenwelle übertragen, wobei die Nockenwelle selbst auch ein schwingungsfähiges System darstellt und weitere Systeme, insbesondere den übrigen Ventiltrieb, zu Schwingungen anregen kann. Die Einleitung von Schwingungen in andere Nebenaggregate via von der Kurbelwelle angetriebene Zugmitteltriebe ist ebenfalls möglich. Zudem werden die Schwingungen der Kurbelwelle in den Antriebsstrang eingeleitet, über welchen eine Weiterleitung in das Getriebe und die Antriebswellen bis hin zu den Reifen eines Fahrzeuges erfolgen kann.
Zur Minderung von Drehzahlschwankungen wird die Masse des schwingungsfähigen Systems regelmäßig durch Anordnen eines Schwungrades auf der Kurbelwelle erhöht. Infolge der größeren Masse verfügt das System über eine erhöhte Trägheit. Die Drehbewegung der Kurbelwelle wird gleichförmiger.
Wird das Schwungrad, welches in der Regel auf der einen Seite an der Kurbelwelle befestigt und auf der anderen Seite über die Kupplung mit dem Getriebe verbunden ist, als Zweimassen-Schwungrad ausgeführt, übernimmt das Schwungrad zusätzlich die Funktion eines Schwingungsdämpfers, welcher die Drehschwingungen zwischen Kupplung und Antrieb mindert.
Um die Drehschwingungen der Kurbelwelle bzw. im Antriebsstrang zu dämpfen, können Drehschwingungsdämpfer, d.h. Torsionsschwingungsdämpfer, vorgesehen werden. Infolge einer Relativbewegung der Masse des Schwingungsdämpfers zur Kurbelwelle wird ein Teil der Drehschwingungsenergie durch Reibungsarbeit abgebaut.
Zunehmend häufig werden als Torsionsschwingungsdämpfer sogenannte Fliehkraftpendelvorrichtungen eingesetzt, deren nicht im Kraftfluss liegende Pendelmassen sich bei Anregung entgegen der anregenden Schwingungen bewegen und auf diese Weise zu deren Auslöschung bzw. Dämpfung führen. Bei herkömmlichen Dämpfern bzw. Tilgern, tritt dieser Effekt nur bei einer bestimmten Frequenz auf, nämlich der Resonanzfrequenz des Tilgers. Bei einer Fliehkraftpendelvorrichtung, bei der die Rückstellkraft primär durch die auf die Pendelmassen wirkenden Fliehkräfte bestimmt wird, handelt es sich hingegen um einen drehzahladaptiven Tilger, dessen Eigenfrequenz sich mit der Drehzahl ändert, da die Fliehkräfte drehzahlabhängig sind. Mittels Fliehkraftpendelvorrichtung ist es daher möglich, eine feste Ordnung der Anregung und nicht nur eine feste Frequenz zu tilgen. Vorteile hat dies insbesondere bei Brennkraftmaschinen, bei denen eine Fliehkraftpendelvorrichtung auf jede beliebige Erregerordnung abgestimmt werden kann und diese vorzugsweise vollständig auslöscht.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 028 556 A1 beschreibt eine derartige in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnete und wirksame Fliehkraftpendelvorrichtung, die zur Tilgung bzw. Dämpfung von Drehschwingungen im Antriebsstrang eingesetzt wird. Eine weitere Fliehkraftpendelvorrichtung beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 105 029 A1 .
Die Fliehkraftpendelvorrichtung der DE 10 2006 028 556 A1 verfügt über einen um eine Rotationsachse drehbaren Pendelmassenträger und mindestens ein Pendelmassenpaar umfassend zwei auf dem Pendelmassenträger beweglich, sich gegenüberliegend und zur Rotationsachse beabstandet angeordnete Pendelmassen. Die Pendelmassen sind mit dem Pendelmassenträger beweglich verbunden, d.h. kinematisch gekoppelt, wobei die Pendelmassen bogenförmige Aussparungen aufweisen, in denen am Pendelmassenträger vorgesehene Laufrollen gelagert und geführt werden. Die bogenförmigen Aussparungen bilden die Laufbahnen für die Laufrollen und geben den Pendelmassen die Bewegung vor.
Die 1a, 1b und 1c zeigen in einer vereinfachten schematischen Darstellung eine Fliehkraftpendelvorrichtung wie in der DE 10 2006 028 556 A1 offenbart, wobei 1a die Fliehkraftpendelvorrichtung im sogenannten Nullzustand bzw. der neutralen Mittelposition zeigt, 1b in einer Arbeitsposition und 1c in einer Position bei Fahrzeugstillstand, d.h. bei außer Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine bzw. nicht umlaufender Kurbelwelle.
Die dargestellte Fliehkraftpendelvorrichtung 1 verfügt über einen um eine Rotationsachse 2 drehbaren Pendelmassenträger 3 und zwei auf dem Pendelmassenträger 3 beweglich angeordnete Pendelmassen 4a, 4b, die vorliegend ein Pendelmassenpaar bilden. Die Pendelmassen 4a, 4b verfügen über bogenförmige Aussparungen 6a, 6b, liegen sich gegenüber, sind zur Rotationsachse 2 beabstandet und mittels in die Aussparungen 6a, 6b eingreifende Laufbolzen 5a, 5b des Pendelmassenträger 3 gelagert und kinematisch zwangsgeführt, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Pendelmassen 4a, 4b als beabstandet zur Rotationsachse 2 zu betrachten sind, sobald ihr Schwerpunkt einen Abstand zur Rotationsachse 2 aufweist. Die bogenförmigen Aussparungen 6a, 6b stellen die Laufbahnen 6a, 6b für die Laufbolzen 5a, 5b dar und geben den Pendelmassen 4a, 4b damit eine Bewegung vor.
Bei außer Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine bzw. stillstehendem Pendelmassenträger 3 können die Pendelmassen 4a, 4b die in 1c dargestellte Position einnehmen und auf diese Weise eine Unwucht ausbilden. Probleme bereitet dies insbesondere, wenn der Pendelmassenträger 3 wieder in Rotation versetzt wird, beispielsweise beim Starten der Brennkraftmaschine, und sich die Pendelmassen 4a, 4b bei diesem Anfahrvorgang, d.h. bei Einleiten der Drehbewegung, erst in eine Arbeitsposition, wie in 1b dargestellt, einpendeln müssen. Eine erhöhte Geräuschemission ist die Folge, verbunden mit einer hohen Belastung der Pendelmassenlager, insbesondere der Laufbolzen. Ein erhöhter Verschleiß ist ein weiterer nachteiliger Effekt des Anfahrens bzw. des Einpendelns der Pendelmassen.
Nicht nur beim Starten bzw. Neustarten der Brennkraftmaschine, sondern auch beim Abstellen der Brennkraftmaschine kommt es zu einer unkontrollierten Bewegung der Pendelmassen.
Bei Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl n_carrier überwiegt die Gewichtskraft der Pendelmasse die infolge des umlaufenden Pendelmassenträgers an der Pendelmasse angreifende Fliehkraft, so dass die Bewegung der Pendelmasse maßgeblich von der Gewichtskraft bestimmt wird. Die Folge ist wiederrum ein Klappern bzw. eine erhöhte Geräuschemission. Die damit verbundenen hohen Belastungen der Pendelmassenlager bzw. der Laufbolzen führen zu einem erhöhten Verschleiß.
Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass die Anzahl der Starts bzw. Neustarts einer Brennkraftmaschine zunimmt, da moderne Konzepte zum Stopp-and-Go-Betrieb eines Fahrzeuges, der auch als Start/Stopp-Modus bezeichnet wird, die Brennkraftmaschine anstatt sie im Leelauf weiter zu betreiben zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs abschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf besteht. In der Praxis bedeutet dies, dass zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Ein Anwendungsfall für den Stopp-and-Go-Betrieb ist der Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stopp-and-Go-Betrieb infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen nicht mehr die Ausnahme, sondern die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und dergleichen. Insofern nimmt die Anzahl der Startvorgänge zu.
Aus den vorstehend genannten Gründen wurden Konzepte entwickelt, mit denen sich die unkontrollierte Bewegung der Pendelmassen beim Starten bzw. Abstellen der Brennkraftmaschine zumindest begrenzen bzw. einschränken lässt.
Eine Fliehkraftpendelvorrichtung, bei der ein solches Konzept verwirklicht wird, beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 224 329 A1 .
Gemäß der DE 10 2014 224 329 A1 ist radial außerhalb der Pendelmassen eine abhängig von der Fliehkraft wirksame Sperreinrichtung für die Pendelmassen vorgesehen, die von dem Pendelmassenträger beweglich aufgenommen wird.
Dabei umfasst die Sperreinrichtung ein Federelement, ein Sperrelement sowie ein Fliehgewicht. Das Federelement ist in der Weise vorgespannt, dass das Sperrelement bei stillstehendem Pendelmassenträger nach innen, d.h. in Richtung der Rotationsachse kraftbeaufschlagt ist. Bei umlaufendem, d.h. rotierendem Pendelmassenträger ändert sich die auf das Fliehgewicht und das zugehörige Sperrelement wirkende Fliehkraft mit der Drehzahl. Übersteigt die Fliehkraft die Federkraft, wird das Sperrelement mitsamt Fliehgewicht entgegen der Federkraft radial nach außen bewegt und die Pendelmassen können zumindest in eingeschränkter Weise pendeln. Die Bewegungsfreiheit der Pendelmassen beim Pendeln nimmt mit steigender Drehzahl bzw. wachsender Fliehkraft kontinuierlich zu. D.h. die Wirkung der Sperreinrichtung nimmt mit zunehmender Fliehkraft ab. Andererseits drückt das Sperrelement die Pendelmasse mit abnehmender Fliehkraft sukzessive nach innen. Bei stillstehendem Pendelmassenträger wird eine Pendelmasse in jeder beliebigen Position von dem Federelement kraftbeaufschlagt. Infolge der Häufigkeit, mit welcher zwischen einer Pendelmasse und dem zugehörigen Sperrelement ein Formschluss hergestellt und wieder aufgehoben wird, ist ein hoher Verschleiß der Sperreinrichtung zu beobachten.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fliehkraftpendelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme überwunden werden können.
Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verwendungen einer derartigen Fliehkraftpendelvorrichtung aufzuzeigen.
Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch eine Fliehkraftpendelvorrichtung mit mindestens einem um eine Rotationsachse drehbaren Pendelmassenträger und mindestens zwei auf dem Pendelmassenträger beweglich, sich gegenüberliegend und zur Rotationsachse beabstandet angeordneten Pendelmassen, wobei die Pendelmassen über bogenförmige Aussparungen verfügen, in welche Laufbolzen des Pendelmassenträgers eingreifen, wodurch die Pendelmassen kinematisch zwangsgeführt sind, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Pendelmasse eine passive und unter Ausnutzung von Fliehkrafteffekten selbststeuernde Arretiereinrichtung zugeordnet ist, die ein Arretiergewicht, ein Arretierelement und ein Federelement umfasst, wobei

- das Federelement jeder einer Pendelmasse zugeordneten Arretiereinrichtung radial außerhalb der Pendelmasse angeordnet und ortsfest auf dem Pendelmassenträger gelagert ist, und
- das Arretierelement bei Unterschreiten einer vorgebbaren Drehzahl n_carrier,fix des Pendelmassenträgers in die Pendelmasse eingreift und die Pendelmasse gegenüber dem Pendelmassenträger in einer äußeren am weitesten von der Rotationsachse beabstandeten Position fixiert.

Den Pendelmassen der erfindungsgemäßen Fliehkraftpendelvorrichtung ist jeweils eine Arretiereinrichtung zugeordnet, die ein Arretiergewicht, ein Arretierelement und ein Federelement umfasst. Dabei wird das Federelement nicht - wie im Stand der Technik - beweglich von dem Pendelmassenträger aufgenommen. Erfindungsgemäß ist das Federelement ortsfest auf dem Pendelmassenträger gelagert, beispielsweise einseitig eingespannt.
Dadurch, dass das Arretierelement die zugehörige Pendelmasse gegenüber dem Pendelmassenträger erfindungsgemäß in einer äußeren am weitesten von der Rotationsachse beabstandeten Position fixiert, falls eine vorgegebene Drehzahl n_carrier,fix des Pendelmassenträgers unterschritten wird, kann die Pendelmasse in uneingeschränkter Weise pendeln, sobald die vorgegebene Drehzahl n_carrier,fix überschritten und die Pendelmasse einmal freigegeben wird.
Überschreitet der Pendelmassenträger die vorgegebene Drehzahl n_carrier,fix, wandert das Arretiergewicht mitsamt Arretierelement entgegen der Federkraft radial nach außen und gibt die Pendelmasse frei. Dabei kann das Arretierelement im weiteren Verlauf die zwangsgeführt pendelnde Pendelmasse nicht mehr in der Bewegung beeinflussen bzw. einschränken, insbesondere nicht mehr fixieren, solange die Drehzahl des Pendelmassenträgers größer ist als die vorgegebene Drehzahl n_carrier,fix.
D.h. die Wirkung der Arretiereinrichtung nimmt nicht mit zunehmender Fliehkraft ab bzw. mit abnehmender Fliehkraft zu. Erfindungsgemäß können die zwangsgeführten Pendelmassen entweder uneingeschränkt pendeln oder aber die Pendelmassen sind fixiert.
Die Häufigkeit, mit welcher zwischen einer Pendelmasse und dem zugehörigen Arretierelement ein Formschluss hergestellt und wieder aufgehoben wird, kann deutlich gesenkt werden, wodurch ein Verschleiß der Arretiereinrichtung vermindert wird.
Die erfindungsgemäße Arretiereinrichtung eignet sich für bereits auf dem Markt befindliche Fliehkraftpendelvorrichtungen, d.h. für eine Nachrüstung herkömmlicher, im Stand der Technik beschriebener Fliehkraftpendelvorrichtungen, in dem Sinne, dass nur leichte konstruktive Änderungen vorzunehmen sind.
Da die Pendelmassen erfindungsgemäß in ihrer äußersten, am weitesten von der Rotationsachse beabstandeten Position fixiert werden, hat der Pendelmassenträger mitsamt Pendelmassen eine besonders hohe Trägheit bzw. ein besonders hohes Trägheitsmoment bezüglich der Rotationsachse, wenn der ruhende bzw. mit niedriger Drehzahl umlaufende Pendelmassenträger mitsamt fixierten Pendelmassen wieder bzw. schneller in Drehung versetzt wird. Die höhere Trägheit erweist sich als vorteilhaft hinsichtlich der Minderung von Drehzahlschwankungen im Antriebsstrang bzw. der Kurbelwelle.
Mit der erfindungsgemäßen Fliehkraftpendelvorrichtung wird die erste der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst, nämlich eine Fliehkraftpendelvorrichtung bereitgestellt, mit der die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme überwunden werden können.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung werden im Zusammenhang mit den Unteransprüchen erörtert.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen das Arretiergewicht auch als Arretierelement dient. Vorliegend wird der Umstand genutzt, dass jedes Bauteil und daher auch das Arretierelement eine Masse aufweist. Insofern lässt sich das Arretierelement als Arretiergewicht verwenden und umgekehrt.
Dadurch wird die Anzahl an Bauteilen verringert und der Aufbau der Arretiereinrichtung vereinfacht sich. Dies senkt zudem die Herstellungskosten der Einrichtung.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen die Pendelmasse zur Aufnahme des Arretierelementes eine Ausnehmung aufweist. Die Ausnehmung ist vorzugsweise auf der Außenseite der Pendelmasse vorgesehen, d.h. auf der der Rotationsachse abgewandten Seite der Pendelmasse. Dies korrespondiert mit der Lage des Federelementes, welches radial außerhalb der Pendelmasse angeordnet ist.
Alternativ zu einer Ausnehmung kann auch eine Aussparung vorgesehen werden oder eine Schlaufe, eine Öse, ein Bügel oder ein sonstiger Eingriff, der einen Formschluss mit dem Arretierelement und damit eine Fixierung der Pendelmasse ermöglicht.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen das Federelement eine Blattfeder ist, die einseitig, d.h. an einem Ende, ortsfest auf dem Pendelmassenträger gelagert ist.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen die Blattfeder einseitig, d.h. an einem Ende, mit dem Pendelmassenträger fest verbunden ist.
Wird als Federelement eine Blattfeder verwendet, können Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung vorteilhaft sein, bei denen die Blattfeder an einem freien Ende das Arretiergewicht aufnimmt.
Vorteilhaft können auch Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung sein, bei denen das Federelement eine Schraubenfeder ist, die einseitig, d.h. an einem Ende, ortsfest an dem Pendelmassenträger gelagert ist. Die Schraubenfeder wird dann vorzugsweise entlang ihrer Längsachse belastet und komprimiert, d.h. entlang der Schraubenachse.
Wird als Federelement eine Schraubenfeder verwendet, können Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung vorteilhaft sein, bei denen die Schraubenfeder an dem einen Ende am Pendelmassenträger gelagert ist und an dem anderen, freien Ende das Arretiergewicht aufnimmt.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen jede Pendelmasse zwei bogenförmige Aussparungen aufweist. Die beiden zugehörigen Laufbolzen des Pendelmassenträgers greifen in die Aussparungen ein, wobei zwischen einem Laufbolzen und der zugehörigen Aussparung einerseits ein ausreichend großes Spiel besteht, so dass der Laufbolzen sich ungehindert in der Aussparung bewegen kann, andererseits kein zu großes Spiel ausgebildet wird, so dass ein Wackeln des Laufbolzens in der Aussparung unterbunden wird. Nur dann kann von einer Zwangsführung der Pendelmassen im erfindungsgemäßen Sinne die Rede sein.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen die bogenförmigen Aussparungen der Rotationsachse mit einer konvexen Seite zugewandt sind.
Diese Ausführungsform stellt sicher, dass das Arretierelement die zugehörige Pendelmasse gegenüber dem Pendelmassenträger in einer äußeren am weitesten von der Rotationsachse beabstandeten Position fixiert bzw. fixieren kann, wodurch es erst ermöglicht wird, dass eine frei gegebene Pendelmasse uneingeschränkt pendeln kann.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen jede unterhalb der vorgegebenen Drehzahl n_carrier,fix fixierte Pendelmasse in einer bezüglich der Rotationsachse symmetrischen Position fixiert ist. Dies kann in vorteilhafter Weise unterstützen, dass die fixierten Pendelmassen keine Unwucht bezüglich des umlaufenden Pendelmassenträgers ausbilden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen die unterhalb der vorgegebenen Drehzahl n_carrier,fix fixierten Pendelmassen keine Unwucht bezüglich des umlaufenden Pendelmassenträgers ausbilden.
Dann können die Pendelmassen der erfindungsgemäßen Fliehkraftpendelvorrichtung auch bei stillstehendem Pendelmassenträger bzw. bei außer Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine keine Positionen einnehmen, in denen sie eine Unwucht ausbilden. Damit entfallen die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme, die daraus resultieren, dass die Pendelmassen aus einer Unwuchtposition heraus erst in eine Arbeitsposition überführt werden müssen, wenn der ruhende Pendelmassenträger erneut in Rotation versetzt wird, wie beispielweise beim Starten der Brennkraftmaschine.
Wird der ruhende Pendelmassenträger, beispielweise beim Starten der Brennkraftmaschine, in Drehung versetzt, befinden sich die Pendelmassen vorliegend in einer Position, in der sie keine Unwucht ausbilden. Insofern eignet sich die in Rede stehende Ausführungsform besonders für Brennkraftmaschinen, die im Stopp-and-Go-Modus betreibbar sind bzw. betrieben werden.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen die vorgebbare Drehzahl n_carrier,fix unter Verwendung einer Masse des Arretiergewichts und mindestens einer Kenngröße des Federelementes festgelegt ist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen jede Pendelmasse eine kipferlförmig gebogene Grundform aufweist.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen die Laufbolzen und/oder Aussparungen beschichtet sind.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Fliehkraftpendelvorrichtung, bei denen die Laufbolzen und/oder Aussparungen oberflächenbehandelt ist.
Eine Beschichtung bzw. eine Oberflächenbehandlung gemäß den vorstehenden Ausführungsformen kann dazu dienen, den Reibwert in der Lagerung einzustellen und damit die Fliehkraftpendelvorrichtung, bei der die Rückstellkraft zwar primär durch die auf die Pendelmassen wirkenden Fliehkräfte, aber eben auch durch die Reibkräfte in den Lagern bestimmt wird, auf eine vorgebbare Erregerordnung abzustimmen. Darüber hinaus lässt sich der Verschleiß mindern.
Die zweite der Erfindung zugrundeliegende Teilaufgabe, nämlich Verwendungen einer Fliehkraftpendelvorrichtung einer zuvor beschriebenen Art aufzuzeigen, wird dadurch gelöst, dass die Fliehkraftpendelvorrichtung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Fliehkraftpendelvorrichtung im Zusammenwirken mit einem Zweimassenschwungrad, welches im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, verwendet wird. Dabei kann die Fliehkraftpendelvorrichtung in Kombination, d.h. integral mit dem Zweimassenschwungrad ausgebildet sein bzw. werden.
Soll die Fliehkraftpendelvorrichtung bzw. deren Pendelmassen zwecks Auslöschung der Erregerschwingungen auf die Haupterregerordnung der Brennkraftmaschine abgestimmt werden, lässt sich das nicht bzw. nur schwer erreichen, wenn die Vorrichtung an der Kurbelwelle bzw. an einem starren Schwungrad angeordnet wird, da die Motorungleichförmigkeiten zu groß sind und die Schwingwinkel und die Massen bedingt durch das geringe Platzangebot nicht groß genug gewählt werden können.
Eine wirksame Auslöschung lässt sich hingegen realisieren, wenn die Fliehkraftpendelvorrichtung mit einem Zweimassenschwungrad kombiniert wird. Dabei wird die Fliehkraftpendelvorrichtung mit der sekundären Seite des Zweimassenschwungrades gekoppelt, d.h. mit dem Element, welches nur noch einen Bruchteil der Ausgangsschwingung sieht. Zum Ausgleich der Restschwingungen reichen dann wesentlich geringere Pendelmassen und Schwingwinkel, wodurch der Raumbedarf gesenkt wird.
Vorteilhaft können dabei Ausführungsformen des Verfahrens sein, bei denen die vorgebbare Drehzahl n_carrier,fix auf eine Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrades abgestimmt wird. Die Resonanzfrequenz eines Zweimassenschwungrades kann beispielsweise zwischen 300 und 500 Umdrehungen der Kurbelwelle pro Minute liegen.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Fliehkraftpendelvorrichtung im Zusammenwirken mit einem hydraulischen Drehmomentwandler, welcher im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, verwendet wird. Ein hydraulischer Drehmomentwandler wird beispielsweise in Automatikgetrieben eingesetzt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und gemäß den 1a, 1b, 1c, 2a und 2b näher beschrieben. Hierbei zeigt:

1a schematisch in einer Seitenansicht eine Fliehkraftpendelvorrichtung nach dem Stand der Technik im Nullzustand bzw. in der Mittelposition,
1b schematisch in einer Seitenansicht die in 1a dargestellte Fliehkraftpendelvorrichtung in einer Arbeitsposition,
1c schematisch in einer Seitenansicht die in 1a dargestellte Fliehkraftpendelvorrichtung in einer Position bei außer Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine,
2a schematisch in einer Seitenansicht eine erste Ausführungsform der Fliehkraftpendelvorrichtung mit in der neutralen Mittelposition fixierten Pendelmassen, und
2b schematisch in einer Seitenansicht die in 2a dargestellte Fliehkraftpendelvorrichtung mit frei beweglichen Pendelmassen in einer Arbeitsposition.

Die 1a, 1b und 1c zeigen eine herkömmliche Fliehkraftpendelvorrichtung 1 in der Seitenansicht und wurden bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert.
2a zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fliehkraftpendelvorrichtung 1 mit in der neutralen Mittelposition fixierten Pendelmassen 4a, 4b. Es sollen die Unterschiede zu der Fliehkraftpendelvorrichtung gemäß dem Stand der Technik erörtert werden, weshalb im Übrigen Bezug genommen wird auf die 1a, 1b und 1c sowie die dazugehörige Beschreibung. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.
Jede Pendelmasse 4a, 4b weist zwei bogenförmige Aussparungen 6a, 6b auf, die der Rotationsachse 2 mit ihrer konvexen Seite zugewandt sind, so dass die Pendelmassen 4a, 4b in einer äußeren Position fixiert werden können.
Die Fliehkraftpendelvorrichtung 1 der 2a verfügt über zwei passive Arretiereinrichtungen 7, die selbststeuernd sind und dabei Fliehkrafteffekte ausnutzen.
Jeder kipferlförmigen Pendelmasse 4a, 4b ist dabei eine Arretiereinrichtung 7 zugeordnet, wobei jede Arretiereinrichtung 7 ein Arretiergewicht 7a, ein Arretierelement 7b und ein Federelement 7c umfasst.
Das Federelement 7c einer Arretiereinrichtung 7 ist jeweils radial außerhalb der Pendelmasse 4a, 4b angeordnet und damit auf der der Rotationsachse 2 abgewandten Seite der Pendelmasse 4a, 4b.
Als Federelement 7c dient eine Blattfeder 7c', die an einem Ende eingespannt, d.h. einseitig mit dem Pendelmassenträger 3 fest verbunden ist, so dass das Federelement 7c ortsfest auf dem Pendelmassenträger 3 gelagert ist.
An ihrem anderen, freien Ende nimmt die Blattfeder 7c' das Arretiergewicht 7a auf, welches vorliegend gleichzeitig als Arretierelement 7b dient. Zur Aufnahme des Arretierelementes 7b weist jede Pendelmasse 4a, 4b eine Ausnehmung 7d auf, die mittig und damit symmetrisch in der Pendelmasse 4a, 4b angeordnet ist.
2a zeigt die Fliehkraftpendelvorrichtung 1 mit in der neutralen Mittelposition fixierten Pendelmassen 4a, 4b, wobei die Arretierelemente 7b in die Pendelmassen 4a, 4b eingreifen und die Pendelmassen 4a, 4b gegenüber dem Pendelmassenträger 3 in der äußersten und am weitesten von der Rotationsachse 2 beabstandeten Position fixieren.
Bei Überschreiten einer vorgebbaren Drehzahl n_carrier,fix des Pendelmassenträgers 3 wandert jeweils das Arretiergewicht 7a der Arretiereinrichtung 7, d.h. das Arretierelement 7b entgegen der Federkraft radial nach außen und gibt die Pendelmasse 4a, 4b frei, wie in 2b dargestellt. Solange die Drehzahl n_carrier des Pendelmassenträgers 3 größer ist als die vorgegebene Drehzahl n_carrier,fix, können die Arretierelemente 7b die zwangsgeführt pendelnden Pendelmassen 4a, 4b in der Bewegung nicht einschränken, insbesondere nicht mehr fixieren.
Bezugszeichenliste

1: Fliehkraftpendelvorrichtung
2: Rotationsachse
3: Pendelmassenträger
4a: erste Pendelmasse
4b: zweite Pendelmasse
5a: Laufbolzen des Pendelmassenträgers
5b: Laufbolzen des Pendelmassenträgers
6a: bogenförmige Aussparung einer Pendelmasse, Laufbahn
6b: bogenförmige Aussparung einer Pendelmasse, Laufbahn
7: selbststeuernde Arretiereinrichtung
7a: Arretiergewicht
7b: Arretierelement
7c: Federelement
7c': Blattfeder
7d: Ausnehmung
n_carrier: Drehzahl des Pendelmassenträgers
n_carrier,fix: vorgebbare Drehzahl zum Fixieren der Pendelmassen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006028556 A1 [0010, 0011, 0012]
DE 102011105029 A1 [0010]
DE 102014224329 A1 [0019, 0020]

Claims

Fliehkraftpendelvorrichtung (1) mit mindestens einem um eine Rotationsachse (2) drehbaren Pendelmassenträger (3) und mindestens zwei auf dem Pendelmassenträger (3) beweglich, sich gegenüberliegend und zur Rotationsachse (2) beabstandet angeordneten Pendelmassen (4a, 4b), wobei die Pendelmassen (4a, 4b) über bogenförmige Aussparungen (6a, 6b) verfügen, in welche Laufbolzen (5a, 5b) des Pendelmassenträgers (3) eingreifen, wodurch die Pendelmassen (4a, 4b) kinematisch zwangsgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pendelmasse (4a, 4b) eine passive und unter Ausnutzung von Fliehkrafteffekten selbststeuernde Arretiereinrichtung (7) zugeordnet ist, die ein Arretiergewicht (7a), ein Arretierelement (7b) und ein Federelement (7c) umfasst, wobei - das Federelement (7c) jeder einer Pendelmasse (4a, 4b) zugeordneten Arretiereinrichtung (7) radial außerhalb der Pendelmasse (4a, 4b) angeordnet und ortsfest auf dem Pendelmassenträger (3) gelagert ist, und - das Arretierelement (7b) bei Unterschreiten einer vorgebbaren Drehzahl n_carrier,fix des Pendelmassenträgers (3) in die Pendelmasse (4a, 4b) eingreift und die Pendelmasse (4a, 4b) gegenüber dem Pendelmassenträger (3) in einer äußeren am weitesten von der Rotationsachse (2) beabstandeten Position fixiert.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretiergewicht (7a) als Arretierelement (7b) dient.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelmasse (4a, 4b) zur Aufnahme des Arretierelementes (7b) eine Ausnehmung (7d) aufweist.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7c) eine Blattfeder (7c') ist, die einseitig ortsfest auf dem Pendelmassenträger (3) gelagert ist.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7c') einseitig mit dem Pendelmassenträger (3) fest verbunden ist.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (7c') an einem freien Ende das Arretiergewicht (7a) aufnimmt.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Pendelmasse (4a, 4b) zwei bogenförmige Aussparungen (6a, 6b) aufweist.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bogenförmigen Aussparungen (6a, 6b) der Rotationsachse (2) mit einer konvexen Seite zugewandt sind.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede unterhalb der vorgegebenen Drehzahl n_carrier,fix fixierte Pendelmasse (4a, 4b) in einer bezüglich der Rotationsachse (2) symmetrischen Position fixiert ist.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterhalb der vorgegebenen Drehzahl n_carrier,fix fixierten Pendelmassen (4a, 4b) keine Unwucht bezüglich des umlaufenden Pendelmassenträgers (3) ausbilden.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Drehzahl n_carrier,fix unter Verwendung einer Masse des Arretiergewichts (7a) und mindestens einer Kenngröße des Federelementes (7c) festgelegt ist.
Fliehkraftpendelvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Pendelmasse (4a, 4b) eine kipferlförmig gebogene Grundform aufweist.
Verwendung einer Fliehkraftpendelvorrichtung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendelvorrichtung (1) in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.
Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendelvorrichtung (1) im Zusammenwirken mit einem Zweimassenschwungrad, welches im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, verwendet wird.
Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Drehzahl n_carrier,fix auf eine Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrades abgestimmt wird.
Verwendung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendelvorrichtung (1) im Zusammenwirken mit einem hydraulischen Drehmomentwandler, welcher im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist, verwendet wird.