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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel zur Dämpfung von Drehschwingungen und/oder Drehungleichförmigkeiten in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Trägerflansch, mit zumindest einer Pendelmasse, die relativ zu dem Trägerflansch, insbesondere entlang einer vorgegebenen Pendelbahn und/oder Laufbahn, um einen Schwingwinkel verdrehbar ist, und mit einer Reibeinrichtung, die in einem Schwingwinkelbereich durch ihre Reibkraft der Bewegung der Pendelmasse dämpfend entgegenwirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kupplungsscheibe mit einem solchen Fliehkraftpendel.
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Fliehkraftpendel sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Zum Beispiel offenbart die Patentanmeldung
DE 10 2011 086 532 A1 ein Fliehkraftpendel mit einem Trägerflansch und zumindest einer Pendelmasse, die gegenüber dem Trägerflansch mittels auf Laufbahnen von im Trägerflansch und in den Pendelmassen vorgesehen Ausschnitten abwälzenden Wälzkörpern in Umfangsrichtung und radial begrenzt verschwenkbar angeordnet ist, wobei die zumindest eine Pendelmasse während einer Auslenkung gegenüber dem Trägerflansch unter Verdrehung um einen eigenen Massenschwerpunkt in den Laufbahnen geführt ist.
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Auch ist aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2018 108 533 A1 ein Fliehkraftpendel zur Dämpfung von über eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten, mit einem mit der Antriebswelle verbindbaren Trägerflansch, mindestens einer relativ zu dem Trägerflansch, insbesondere über Pendelbahnen, pendelbaren Pendelmasse zur Erzeugung eines der Drehungleichförmigkeit entgegen gerichteten Rückstellmoments, einem mit dem Trägerflansch verbundenen in axialer Richtung radial innerhalb zu der Pendelmasse abstehenden Abstützkragen und mindestens einem in radial Richtung an dem Abstützkragen und/oder an der Pendelmasse abstützbaren Energiespeicherelement zur Speicherung und Abgabe von Bewegungsenergie der Pendelmasse, wobei das Energiespeicherelement mit einer in radialer Richtung weisenden Federkraft eine Reibungskraft zur Abbremsung einer Relativdrehung der Pendelmasse zum Trägerflansch aufprägt.
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Bei Fliehkraftpendeln ist ein Gewicht der Pendelmasse(n) wegen Bauraum- und/oder Schaltbarkeitsbeschränkungen begrenzt. Als Folge können daraus Betriebspunkte resultieren, an denen eine Kapazität des Fliehkraftpendels nicht ausreicht, um ohne eine deutliche Bahn-Verstimmung, was eine erhebliche Verschlechterung einer Gesamtperformance zu Folge hätte, ein Anschlagen des Pendels zu vermeiden. Solche Pendel-Anschläge sind nachteiligerweise akustisch wahrnehmbar und verringern eine Dauerfestigkeit der Bauteile. Bei bisher bekannten Fliehkraftpendels wird zur gezielten Vermeidung dieser Pendelanschläge bei gleichzeitig guter NVH-Performance (Noise-, Vibration-, Harshness-Performance) eine zusätzliche Reibeinrichtung in dem Fliehkraftpendel integriert, die durch Umwandlung von kinetischer Energie der Pendelmassen in Reibenergie Pendel-Anschläge vermeidet.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass bisher bekannte Fliehkraftpendel mit einer Reibeinrichtung so ausgebildet sind, dass die zusätzlich eingebracht Reibung über den gesamten Schwingwinkel der Pendelmassen konstant ist. Dabei muss die Höhe der Reibung durch aufwändige akustische Fahrzeugbewertungen sukzessiv erhöht werden, bis ein Anschlagen der Pendelmassen ausgeschlossen ist. Jedoch wird in allen Betriebspunkten die kinetische Energie der Pendelmassen in die Reibenergie umgewandelt und somit der Schwingwinkel reduziert, so dass die Gesamtperformance des Fliehkraftpendels abnimmt. Dies kann sich wiederum negativ auf eine subjektive Bewertung im Fahrzeug auswirken.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll ein Fliehkraftpendel bereitgestellt werden, bei dem ein Anschlagen der Pendelmassen vermieden wird und gleichzeitig die Gesamtperformance nicht durch das Vermeiden des Anschlagens verschlechtert wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Reibeinrichtung so ausgestaltet ist, dass die Reibkraft über den Schwingwinkelbereich hinweg variiert. Das heißt, dass sich die Reibkraft in Abhängigkeit des Schwingwinkels verändert bzw. eine schwingwinkelabhängige Reibung in dem Fliehkraftpendel implementiert ist. Das heißt also, dass die Reibeinrichtung so ausgebildet ist, dass ihre Reibkraft abhängig von dem Schwingwinkel, der die relative Verdrehung der Pendelmassen zu dem Trägerflansch definiert, zwischen einer minimalen Reibkraft und einer maximalen Reibkraft stetig steigt.
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Dabei wird unter dem Schwingwinkelbereich ein Winkelbereich verstanden, in dem alle Schwingwinkel, um die sich die Pendelmassen relativ zu dem Trägerflansch verdrehen können, enthalten sind. Das heißt, dass der Schwingwinkelbereich alle Schwingwinkel zwischen einem minimalen Schwingwinkel, insbesondere 0°, und einem maximalen Schwingwinkel, der beispielsweise 75° beträgt, der bevorzugt maximal 90° beträgt, enthält. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn ein maximaler Schwingwinkel durch Anschläge für die Pendelmassen, die den Schwingwinkel begrenzen, definiert ist.
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Dies hat den Vorteil, dass es dadurch ermöglicht wird, sowohl in einigen Betriebspunkt den Schwingwinkel durch die Reibkraft zu reduzieren als auch in anderen Betriebspunkten den Schwingwinkel durch die Reibkraft nicht oder nur kaum zu beeinflussen, so dass eine Leistung den letzteren Betriebspunkten nicht verschlechtern wird. Die Gesamtperformance des Fliehkraftpendels kann demnach verbessert bzw. erhalten werden, während gleichzeitig Pendelanschläge vermieden sowie Bauraum- und/oder Schaltbarkeitsvoraussetzungen für die Dimensionierung der Pendelmassen eingehalten werden können.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Zudem ist es zweckmäßig, wenn die Reibeinrichtung so ausgestaltet ist, dass die Reibkraft in einem ersten Schwingwinkelbereich konstant ist. Bevorzugterweise ist die Reibkraft in einem Bereich, in dem beispielsweise die Schwingwinkel von 0° bis maximal 40° enthalten sind, im Wesentlichen konstant. Besonders bevorzugt ist es auch, wenn die Reibkraft in dem ersten Schwingwinkelbereich einer minimalen Reibkraft entspricht. Dadurch kann in einfacher Weise gewährleistet werden, dass die Reibkraft bei einem kleinen bis mittleren Schwingwinkel, bevorzugt kleiner als 38°, verhältnismäßig klein ist, beispielsweise kleiner als 15N, so dass die Leistung des Fliehkraftpendels in diesem ersten Schwingwinkelbereich durch die Reibeinrichtung nicht beeinflusst, insbesondere herabgesetzt, wird.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Reibeinrichtung so ausgestaltet ist, dass die Reibkraft in einem zweiten Schwingwinkelbereich ansteigt, bevorzugt streng monoton ansteigt. So wird vorteilhafterweise realisiert, dass die Reibkraft mit steigendem Schwingwinkel erhöht wird. Dadurch wird also mit steigendem Schwingwinkel ein größerer Anteil an kinetischer Energie der Pendelmassen in Reibenergie umgewandelt. So kann in vorteilhafter Weise vermieden werden, dass die Pendelmassen den maximalen Schwingwinkel erreichen, d.h. an den Anschlägen anschlagen.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn der zweite Schwingwinkelbereich Schwingwinkel mit einem höheren Winkelwert als der erste Schwingwinkelbereich enthält. Es ist möglich, dass der zweite Schwingwinkelbereich sich stetig an den ersten Schwingwinkelbereich anschließt, das heißt, dass der größte in dem ersten Schwingwinkelbereich enthaltene Schwingwinkel der kleinste in dem zweiten Schwingwinkelbereich enthaltene Schwingwinkel ist. Es ist aber auch möglich, dass ein weiterer Schwingwinkelbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Schwingwinkelbereich liegt.
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Bevorzugterweise ist die Reibeinrichtung so ausgebildet, dass bei einem minimalen Schwingwinkel die minimale Reibkraft der Bewegung der Pendelmassen entgegenwirkt und/oder dass bei einem maximalen Schwingwinkel die maximale Reibkraft der Bewegung der Pendelmassen entgegenwirkt.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Reibeinrichtung so ausgestaltet ist, dass maximal 37% der maximalen Reibkraft bei einem halben maximalen Schwingwinkel, dessen Winkelwert 50% des Winkelwerts des maximalen Schwingwinkels beträgt, der Bewegung der Pendelmassen entgegenwirkt. Mit anderen Worten sind maximal 37% der Reibenergie in den ersten 50% des Schwingwinkels enthalten.
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Außerdem ist es bevorzugt, wenn die Reibeinrichtung so ausgestaltet ist, dass die Reibkraft bei maximalem Schwingwinkel, d.h. die maximale Reibkraft, mindestens das 1,5-fache, vorzugsweise mindestens das 1,7-fache, der minimalen Reibkraft beträgt. Mit anderen Worten wirkt bei einem maximalen Schwingwinkel mindestens ein 1,5-faches, bevorzugt ein 1,7-faches, der minimalen Reibkraft auf die Pendelmassen. Das heißt also, dass die maximale Reibkraft größer ist als das 1,5-fache, bevorzugt 1,7-fache, der minimalen Reibkraft. Somit kann eine geeignete Kennlinie zwischen der Reibkraft und dem Schwingwinkele eingestellt werden, die ein optimiertes Gleichgewicht zwischen einer guten Gesamtperformance und einer guten akustischen Performance des Fliehkraftpendels bietet.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Reibeinrichtung so ausgestaltet ist, dass eine minimale Reibkraft zwischen 1N und 10N liegt. Das heißt also, dass eine Reibkraft von mindestens 1N bis 10N unabhängig von dem Schwingwinkel, das heißt bei jedem Schwingwinkel, der Bewegung der Pendelmasse relativ zu dem Trägerflansch entgegen wirkt.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn die Reibeinrichtung so ausgestaltet ist, dass die Reibkraft in einem Schwingwinkelbereich, der die Schwingwinkel zwischen einem Schwingwinkel mit einem Winkelwert von 20% des Winkelwerts des maximalen Schwingwinkels bis zu dem maximalen Schwingwinkel enthält, insbesondere stetig, ansteigt, bevorzugt streng monoton ansteigt. Mit anderen Worten ist eine Kennlinie der Reibeinrichtung ab 20% des Schwingwinkels stetig steigend. Dabei beschreibt die Kennlinie die Reibkraft der Reibeinrichtung in Abhängigkeit von dem Schwingwinkel.
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Ein günstiges Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Reibeinrichtung so ausgestaltet ist, dass sich die Reibkraft in einem Schwingwinkelbereich, der die Schwingwinkel zwischen dem minimalen Schwingwinkel und einem Schwingwinkel mit einem Winkelwert von 15% des Winkelwerts des maximalen Schwingwinkels enthält, mit steigendem Schwingwinkel erhöht. Mit anderen Worten ist eine Reibungserhöhung in den ersten 15% des Schwingwinkels enthalten.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Kupplungsscheibe mit einem erfindungsgemäßen Fliehkraftpendel gelöst. Ein erfindungsgemäßes Fliehkraftpendel kann beispielsweise auch in einem Zweimassenschwungrad und/oder einem Drehmomentwandler eingesetzt werden.
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Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen Drehschwingungstilger, insbesondere ein Fliehkraftpendel, sowie eine Kupplungsscheibe mit einem Fliehkraftpendel, wobei das Fliehkraftpendel mit einer schwingwinkelabhängigen Reibung ausgestattet ist, um Anschläge des Fliehkraftpendels in Betriebspunkten mit hohem Schwingwinkel zu verhindern und ohne die Performance in den restlichen Betriebspunkten zu verschlechtern.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Vorderansicht eines Fliehkraftpendels, das in einer Kupplungsscheibe eingesetzt ist,
- 2 eine Längsschnittdarstellung des Fliehkraftpendels aus 1 entlang der Linie Schnittlinie A-A aus 1,
- 3 eine Rückansicht des Fliehkraftpendels aus 1, und
- 4 eine schematische Darstellung einer Kennlinie einer in dem Fliehkraftpendel eingesetzten Reibeinrichtung, die die Reibkraft der Reibeinrichtung in Abhängigkeit von einem Schwingwinkel beschreibt.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 bis 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Fliehkraftpendel 1 zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das Fliehkraftpendel 1 weist zwei Trägerflansche 2 auf, an denen mehrere über den Umfang verteilte Pendelmassen 3 angebunden sind. Die Pendelmassen 3 sind relativ zu den Trägerflanschen 4 um einen Schwingwinkel φ verdrehbar. Das Fliehkraftpendel weist auch eine Reibeinrichtung auf, die in einem Schwingwinkelbereich ϕ durch ihre Reibkraft Fr der Bewegung der Pendelmassen 3 dämpfend entgegenwirkt.
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Das Fliehkraftpendel 1 ist in einer Kupplungsscheibe 4 eingesetzt. Dabei sind ein erster Trägerflansch 5 und ein zweiter Trägerflansch 6 drehfest mit einer Kupplungsnabe 7 verbunden. Über jeweils zwei Laufrollen 8 sind die Pendelmassen 3 in einer als Ausnehmung ausgebildeten Pendelbahn in der Pendelmasse 3 und in einer als Ausnehmung ausgebildeten Laufbahn in den Trägerflanschen 2 geführt. Dadurch können sich die Pendelmassen 3 in Umfangsrichtung und in Radialrichtung relativ zu den Trägerflanschen 2 bewegen. Der Schwingwinkel φ definiert dabei die relative Verdrehung der Pendelmassen 3 relativ zu den Trägerflanschen 2 ausgehend von einer mittleren Nulllage der Pendelmassen 3.
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Die Reibeinrichtung kann beispielsweise durch ein Energiespeicherelement ausgebildet sein, dessen Federkraft in Radialrichtung des Fliehkraftpendels 1 ausgerichtet ist, wobei durch die Federkraft des Energiespeicherelements eine Reibungskraft aufgebracht wird, die der Bewegung der Pendelmassen 3 entgegenwirkt. Durch eine Auslenkung der Pendelmassen 3 relativ zu der mittleren Nulllage, also durch eine Verdrehung um den Schwingwinkel φ, führen die Pendelmassen 3 eine Pendelbewegung mit einem Bewegungsanteil in Umfangsrichtung einem Bewegungsanteil nach radial innen aus. Dadurch wird das Energiespeicherelement komprimiert, so dass sich die Federkraft des Energiespeicherelements erhöht. Die Bewegungsenergie der Pendelmassen 3 wird also in dem Energiespeicherelement gespeichert, was eine Bewegung der Pendelmassen 3 abbremst. Durch die sich erhöhende Federkraft des Energiespeicherelements wird die Normalkraft zwischen einem Reibelement der Reibeinrichtung und einem trägerflanschfesten Bauteil gesteigert, so dass sich die Reibkraft der Reibeinrichtung erhöht. Somit wirkt sich der Schwingwinkel φ auf die Reibkraft Fr der Reibeinrichtung aus.
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Erfindungsgemäß ist die Reibeinrichtung auf den Schwingwinkel φ abgestimmt. Insbesondere verhält sich ein Zusammenhang zwischen dem Schwingwinkel φ und der Reibkraft Fr wie die in 4 dargestellte Kennlinie 9.
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4 zeigt die Kennlinie 9, die die Reibkraft Fr der Reibeinrichtung in Abhängigkeit des Schwingwinkels φ darstellt. Die Pendelmassen 3 können sich um den Schwingwinkel φ zwischen einem minimalen Schwingwinkel φ,min, der in der mittleren Nulllage der Pendelmassen 3 zu den Trägerflanschen 2 erreicht ist, und einem maximalen Schwingwinkel φ,max, an dem die Pendelmassen 3 an einem die Pendelbewegung begrenzenden Anschlag anschlagen, relativ zu den Trägerflanschen 2 verdrehen.
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Die Reibkraft Fr der Reibeinrichtung kann in Abhängigkeit von dem Schwingwinkel φ zwischen einer minimalen Reibkraft Fr,min und einer maximalen Reibkraft Fr,max eingestellt werden. Dabei ist die minimale Reibkraft Fr,min bei dem minimalen Schwingwinkel φ,min eingestellt und die maximale Reibkraft Fr,max bei dem maximalen Schwingwinkel φ,max eingestellt.
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In einem ersten Schwingwinkelbereich ϕ1 hat die Reibkraft Fr einen im Wesentlichen konstanten Wert Fr,1. Der Wert Fr,1 liegt zwischen 1N und 10N und entspricht einer minimalen Reibkraft Fr,min. In einem zweiten Schwingwinkelbereich ϕ2 nimmt die Reibkraft Fr mit zunehmendem Schwingwinkel φ zu. Insbesondere ist die Kennlinie 9 in dem zweiten Schwingwinkelbereich ϕ2 streng monoton steigend.
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Die Kennlinie 9 ist so ausgebildet, dass maximal 37% der maximalen Reibkraft Fr,max bei 50% des maximalen Schwingwinkels φ,max erreicht ist. Ferner ist die Kennlinie 9 so ausgebildet, dass die maximale Reibkraft Fr,max größer ist als das 1,7-fache der minimalen Reibkraft Fr,min. Die Kennlinie 9 steigt ab einem Schwingwinkel φ, der 20% des maximalen Schwingwinkels φ,max entspricht, stetig. Die Reibkraft Fr erhöht sich zwischen einem minimalen Schwingwinkel φ,min und einem Schwingwinkel φ, der 15% des maximalen Schwingwinkels φ,max entspricht.
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In 4 sind zum Vergleich eine Kennlinie 10, bei der die Reibkraft Fr über den gesamten Schwingwinkelbereich ϕ konstant ist, und eine Kennlinie 11, bei der keine Reibkraft Fr wirkt, eines Fliehkraftpendels des Stands der Technik eingezeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendel
- 2
- Trägerflansch
- 3
- Pendelmasse
- 4
- Kupplungsscheibe
- 5
- erster Trägerflansch
- 6
- zweiter Trägerflansch
- 7
- Kupplungsnabe
- 8
- Laufrolle
- 9
- Kennlinie
- 10
- Kennlinie
- 11
- Kennlinie
- φ
- Schwingwinkel
- φ,min
- minimaler Schwingwinkel
- φ,max
- maximaler Schwingwinkel
- Fr
- Reibkraft
- Fr,min
- minimale Reibkraft
- Fr,max
- maximale Reibkraft
- ϕ
- Schwingwinkelbereich
- ϕ1
- erster Schwingwinkelbereich
- ϕ2
- zweiter Schwingwinkelbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011086532 A1 [0002]
- DE 102018108533 A1 [0003]
