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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel eines Drehschwingungsdämpfers, der im Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Fahrzeugs eingesetzt ist, wobei das Fliehkraftpendel einem um eine Drehachse rotierenden Pendelflansch zugeordnet ist und mehrere beidseitig von dem Pendelflansch umfänglich verteilte Pendelmassen umfasst, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Pendelmassen zu einem Pendelmassenpaket zusammengefügt sind, die über in Kulissenbahnen des Pendelflansches und in Führungsbahnen der Pendelmassen geführte Laufrollen beweglich angeordnet sind und jedem Pendelmassenpaket zumindest eine einen harten Anschlag an dem Pendelflansch verhindernde Reibeinrichtung zugeordnet ist.
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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 gedämpft bzw. getilgt, indem sich Pendelmassen der Fliehkraftpendel gegenläufig zu den zu tilgenden Schwingungen bewegen. Da sowohl die Eigenfrequenz der Fliehkraftpendelschwingung als auch die Erregerfrequenz proportional zur Drehzahl verlaufen, kann mit dem Fliehkraftpendel eine Tilgerwirkung über den gesamten Frequenzbereich der durch Drehzahlschwankungen der Brennkraftmaschine aufgrund der Drehungleichförmigkeit angeregten Schwingungen erzielt werden.
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Während die auch Tilgermassen genannten Pendelmassen des Fliehkraftpendels im Fahrbetrieb hinreichend geräuscharm arbeiten, können in Abstellphasen bzw. Start-Stoppphasen der Brennkraftmaschine die Pendelmassen nachteilige Geräusche verursachen. Sobald die Drehzahl und damit die auf die Tilgermassen einwirkende Fliehkraft soweit absinkt, dass die Fliehkraft die Gewichtskraft unterschreitet, verlagern sich die Pendelmassen nach unten und erzeugen hierbei in ihren Führungsbahnen ein nicht tolerierbares Anschlaggeräusch. Ebenso führt die Kombination aus geringer Fliehkraft und starker Anregung bei den genannten Fahrzuständen sowie bei niedriger Drehzahl zu starken Auslenkungen der Pendelmassen des Fliehkraftpendels, verbunden mit einem geräuschintensiven Anschlagen der Pendelmassen und/oder der Laufrollen an ihren Bahnenden.
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Aus der
DE 10 2006 028 556 A1 ist ein Fliehkraftpendel bekannt, das mehrere Pendelmassen und einen zentralen in Form einer Kreisringscheibe gestalteten Pendelflansch umfasst. Die Flanken des Pendelflansches bilden Führungsflächen für die Pendelmassen, die über in Kulissenbahnen des Pendelflansches und in Führungsbahnen der Pendelmassen geführte Lauf- oder Führungsrollen beweglich angeordnet sind. Die Pendelmassen sind als zweiteilige Pendelmassen ausgebildet, deren Teilmassen über durch Öffnungen im Pendelflansch spielbehaftet geführte Bolzen verbunden sind. Als Maßnahme, um einen Aufprall bei Erreichen von Endpositionen der Pendelmassen zu dämpfen, sind die Bolzen mit einem Kunststoffmaterial ummantelt.
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In der
EP 2 607 743 A1 ist ein Fliehkraftpendel mit einer Doppelflanschkonstruktion gezeigt, bei dem über den Umfang verteilt jeweils zwei Tellerfedern durch einen Stufenniet geführt an zwei gegenüberliegenden Flanschen montiert sind, durch die Pendelmassen beaufschlagt werden. Über diesen eine Reibeinrichtung bildenden Aufbau kann im Betriebszustand bei großen Schwingwinkeln der Pendelmassen eine Reibungsdämpfung erzeugt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein funktional verbessertes Fliehkraftpendel mit reduzierter Geräuschentwicklung bereitzustellen, wobei die Maßnahme bauraumoptimiert, einfach und kostengünstig darstellbar und auch in bestehende Fliehkraftpendel-Layouts integrierbar sein soll.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Fliehkraftpendels gelöst, das gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 aufgebaut ist. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß umfasst die Reibeinrichtung zur Erzielung einer Endlagenreibung zwei Tellerfedern, die dem Pendelmassenpaket zugeordnet sind und die einen die Pendelmassen verbindenden, in einer Aussparung des Pendelflansches spielbehaftet eingesetzten Führungsbolzen beabstandet umschließen. Dabei sind die Tellerfedern jeweils außenseitig zueinander gegenläufig an einer zugehörigen Pendelmasse sowie innenseitig an einem dem Führungsbolzen mittelbar oder unmittelbar zugeordneten Abstandselement abgestützt.
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Bei bisherigen, in Drehschwingungsdämpfern bzw. Zweimassenschwungrädern (ZMS) eingesetzten bifilaren Fliehkraftpendeln mit rollengeführten Pendelmassen kam 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 Pendelflansch bzw. in den Pendelmassen und/oder das Anschlagen der Laufrollen an den Bahnenden führte zu unerwünschten Anschlaggeräuschen und/oder Klappergeräuschen, deren Stärke dabei proportional abhängig ist von der kinetischen Energie der Pendelmassen sowie der Laufrollen.
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Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik kann mit dem erfindungsgemäßen Fliehkraftpendel vorteilhaft mittels einer Reibeinrichtung während der Betriebszustände Start und Stopp eine gezielte Endlagenreibung erreicht werden, die ein Anschlaggeräusch unterbindet und folglich die Geräuschentwicklung des Fliehkraftpendels wirksam reduziert. Gleichzeitig verursacht diese Reibeinrichtung keine zusätzliche unerwünschte Verstimmung im Normalbetrieb des Fliehkraftpendels. Da bei dem erfindungsgemäßen Konzept die Reibeinrichtung nur kurz vor Erreichen des Endanschlages aktiviert wird, ist sichergestellt, dass eine Dämpfung der kinetischen Energie nur während der kritischen Betriebs- bzw. Fahrzustände Start und Stopp bzw. bei niedrigen Drehzahlen erfolgt. In allen anderen Betriebszuständen stellt sich aufgrund einer geringeren Auslenkung der Pendelmassen keine Aktivierung der Reibeinrichtung ein, wodurch ein normaler Fliehkraftpendelbetrieb gewährleistet ist.
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Die erwünschte Endlagenreibung wird erfindungsgemäß durch zwei in den Pendelmassenpaketen eingebrachte Tellerfedern erreicht, welche nur bei großen Schwingwinkeln der Pendelmassen auf die jeweils zugehörigen Konturen des Pendelflansches auflaufen. Bei einer darüber hinausführenden Auslenkung werden die Tellerfedern deformiert bzw. axial ausgelenkt und erzeugen dabei durch einen kraftschlüssigen Kontakt mit dem Pendelflansch der Pendelauslenkungsrichtung entgegenwirkende Reib- und/oder Federkräfte.
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Durch den konstruktiven Aufbau der Reibeinrichtung, bei der die Tellerfedern außenseitig an einer Pendelmasse und innenseitig an einem dem Führungsbolzen der Reibeinrichtung mittelbar oder unmittelbar zugeordneten Abstandselement abgestützt sind, ist ein funktional verbessertes Fliehkraftpendel einfach und kostengünstig realisierbar. Aufgrund eines bauraumoptimierten Aufbaus erfordert die erfindungsgemäße Reibeinrichtung vorteilhaft nur geringfügige Anpassungen zur Integration in bestehende Fliehkraftpendel-Layouts. Außerdem verbessern die gegenläufig montierten Tellerfederungen eine Zentrierung der Pendelmassen gegenüber dem Pendelflansch insbesondere bei großen Schwingwinkeln. Darüber hinaus muss beim Einsatz der Reibeinrichtung auf keine der ursprünglichen Dämpfungseinrichtungen wie beispielsweise die Führungsbolzen umschließende Gummiringe für die Pendelmassen bauraumbedingt verzichtet werden.
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Weiterhin sind die Bewegungsbahnen aller zusammenwirkenden Komponenten des Fliehkraftpendels aufeinander abgestimmt, zur Erzielung eines funktional verbesserten Fliehkraftpendels. Beispielsweise sind die Aussparungen im Pendelflansch, in denen der Führungsbolzen der Reibeinrichtung eingesetzt ist, mit den Bewegungsbahnen der für die Pendelmassenpakete bestimmten Laufrollen abgestimmt. Damit ist ein stets ausreichender, für die Funktion des Fliehkraftpendels erforderlicher radialer Abstand der dem Führungsbolzen zugeordneten Abstandselemente sowie der Tellerfedern zu dem Pendelflansch gewährleistet. Bei großen Schwingwinkeln der Pendelmassenpakete wirkt ein elastisches, dem Führungsbolzen zugeordnetes Abstandselement als Anschlagdämpfer, während die Tellerfedern durch den Kontakt mit den seitlichen Konturen der Flanschausnehmungen deformiert axial nach außen verdrängt werden und dabei von dem Anschlagdämpfer abheben.
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Vorteilhaft kann durch die erfindungsgemäße Reibeinrichtung eine gestufte Dämpfung realisiert werden, bei der zuerst die Tellerfedern auf den Pendelflansch auflaufen und dabei axial deformiert werden. Bei einer weiteren Auslenkung läuft das Dämpferelement auf die Flanschkontur auf und dämpft zusätzlich. Alternativ kann eine gestufte Dämpfung erreicht werden, bei der zunächst das Abstandselement eine Anschlagkontur der Aussparung von dem Pendelflansch erreicht, bevor die Tellerfedern jeweils mit einer Seitenkontur des Pendelflansches in Kontakt treten.
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Ferner bietet der Aufbau der erfindungsgemäßen Reibeinrichtung die Möglichkeit, genormte bzw. standardisierte oder in einem Baukastensystem gestufte Tellerfedern einzusetzen, die kostengünstig und nahezu bauraumneutral auch in bestehende Fliehkraftpendel integriert werden können.
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Als Abstandselement bietet es sich bevorzugt an, einen auf dem Führungsbolzen geführten Dämpfungsring anzuordnen, an dem die Tellerfedern der Reibeinrichtung jeweils innenseitig axial beabstandet abgestützt sind. Der auf dem Führungsbolzen lagefixierte Dämpfungsring ist vorzugsweise aus einem Gummiwerkstoff oder aus einem Kunststoff hergestellt. Alternativ dazu kann weiterhin ein aus einem metallischen Werkstoff hergestellter Dämpfungsring eingesetzt werden. Weiterhin bietet es sich an, auf dem Führungsbolzen axial beabstandete, gestufte Abschnitte, Scheiben oder Stufenscheiben anzuordnen, die als Abstandselement für die Tellerfedern der Reibeinrichtung vorgesehen sind.
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Zur Lagefixierung der Tellerfedern sind die Pendelmassen bevorzugt mit lokal austretenden Anprägungen oder Noppen versehen, an denen die Tellerfedern außenseitig sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung lagefixiert sind. Gemäß einer alternativen Lösung können die Tellerfedern in einer Ringnut der Pendelmassen zentriert werden.
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Als Maßnahme zur Verschleißminderung und gleichzeitig zur Geräuschoptimierung ist vorteilhaft vorgesehen, dass Übergänge zwischen den zur Aufnahme der Führungsbolzen bestimmten Aussparungen und den seitlichen Konturen des Pendelflansches verrundet sind. Als Alternative bietet es sich an, in die Aussparungen des Pendelflansches passgenaue, formoptimierte Kunststoffelemente einzupassen. Die aus einem verschleißfesten Kunststoff hergestellten Elemente sind dazu stoff- oder formschlüssig fixiert.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem in drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigt:
- 1: ein erfindungsgemäß aufgebautes Fliehkraftpendel mit Reibeinrichtung in einer Perspektive;
- 2: einen Detailschnitt des Fliehkraftpendels gemäß 1, in der die Reibeinrichtung in einer Neutralposition gezeigt ist;
- 3: einen Detailschnitt des Fliehkraftpendels gemäß 1, mit aktivierter Reibeinrichtung.
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Die 1 zeigt ein Fliehkraftpendel 1, das einem auch Zweimassenschwungrad (ZMS) genannten Drehschwingungsdämpfer (nicht gezeigt) von einem Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Das Fliehkraftpendel 1 umfasst einen um eine Drehachse 2 rotierenden, einem Bauteil des Drehschwingungsdämpfers zugeordneten Pendelflansch 3, der zur Aufnahme von mehreren in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Pendelmassenpaketen 4 bestimmt ist. Jedes Pendelmassenpaket 4 besteht aus zwei beidseitig von dem Pendelflansch 3 angeordneten, gleich dimensionierten Pendelmassen 5, 6, die zur Bildung einer Einheit über Führungsbolzen 7 (deutlicher gezeigt in 2) verbunden sind. Das Fliehkraftpendel 1 üblichen Aufbaus und bekannter Wirkungsweise ermöglicht im Betriebszustand bei einer von der Brennkraftmaschine ausgelösten Drehungleichförmigkeit eine Relativbewegung bzw. Schwingung der Pendelmassenpakete 4 gegenüber dem Pendelflansch 3. Die Relativbewegung gewährleisten jeweils zwei, auch Wälzkörper genannte Laufrollen 8, die zwischen gegenläufig verlaufenden Führungsbahnen 9 in den Pendelmassen 5, 6 und Kulissenbahnen 10 im Pendelflansch 3 eingesetzt sind. Weiterhin umfasst jedes Pendelmassenpaket 4 übereinstimmend aufgebaute Reibeinrichtungen 11, die jeweils dem Führungsbolzen 7 zugeordnet sind und über die eine gewünschte Endlagenreibung bei Erreichen einer Grenzposition der Pendelmassenpakete 4 erzielbar ist. Die Reibeinrichtung 11 schließt zwei gleich dimensionierte Tellerfedern 12, 13 ein, die den Führungsbolzen 7 beabstandet umschließen, der gleichzeitig über ein Abstandselement 14 spielbehaftet in einer Aussparung 15 des Pendelflansches 3 eingesetzt ist. Die Tellerfedern 12, 13 sind jeweils außenseitig zueinander gegenläufig an einer zugehörigen Pendelmasse 5, 6 sowie innenseitig an dem Abstandselement 14 kraftschlüssig abgestützt. Zur Sicherstellung einer exakten Einbaulage der Tellerfedern 12, 13 sind diese an lokalen, axial vorstehenden Anprägungen 18 der Pendelmasse 5, 6 geführt.
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Die gewünschte Endlagenreibung der Reibeinrichtung 11 stellt sich im Betriebszustand bei großen Schwingungsausschlägen des Pendelmassenpaketes 4 ein. Dabei laufen zuerst die Tellerfedern 12, 13 auf die Kante von dem Pendelflansch 3 auf und werden in ihrer Axialrichtung deformiert. Durch deren axiale Deformation wird eine Normalkraft zwischen der Tellerfederoberfläche und dem Pendelflansch 3 erzeugt, welche sich durch die weiterhin erfolgende Bewegung der Pendelmassenpakete 4 in Umfangsrichtung als bremsende Reibkraft entgegen der Bewegungsrichtung der Pendelmassen 5, 6 äußert. Weiterhin übernimmt das elastische Abstandselement 14 die Funktion eines Anschlagdämpfers, sobald dieses die Anschlagkontur 16 der Aussparung 15 von dem Pendelflansch 3 erreicht. Entsprechend ist dazu in 3 das einseitig verpresste Abstandselement 14 abgebildet.
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Die 2 und 3 verdeutlichen durch Detailschnitte des Fliehkraftpendels 1 weitere Einzelheiten der Reibeinrichtung 11. In der 2 ist die Reibeinrichtung 11 in einer Neutralposition dargestellt, in der sich der Führungsbolzen 7 gemeinsam mit dem zugehörigen Abstandselement 14 mittig in der Aussparung 15 befindet. Der als ein Stufenbolzen ausgebildete Führungsbolzen 7 verbindet die Pendelmassen 5, 6 zu dem Pendelmassenpaket 4 und definiert gleichzeitig einen axialen Abstand der Pendelmassen 5, 6. Die 3 zeigt die aktivierte Reibeinrichtung 11, bei der das Abstandselement 14 elastisch verformt an der Anschlagkontur 16 der Aussparung 15 anliegt und die Tellerfedern 12, 13 an der Seitenkontur 17 abgestützt und nach außen in Pfeilrichtung verformt sind. Dabei stellt sich ein axialer Ringspalt 19 zwischen dem Abstandselement 14 und den Tellerfedern 12, 13 ein. Als Maßnahme, um den Verschleiß der unmittelbar zusammenwirkenden Bauteile, dem Pendelflansch 3 und den Tellerfedern 12, 13, zu minimieren, sind Übergänge 20 zwischen den zur Aufnahme der Führungsbolzen 7 bestimmten Aussparungen 15 und den Seitenkonturen 17 von dem Pendelflansch 3 verrundet gestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendel
- 2
- Drehachse
- 3
- Pendelflansch
- 4
- Pendelmassenpaket
- 5
- Pendelmasse
- 6
- Pendelmasse
- 7
- Führungsbolzen
- 8
- Laufrolle
- 9
- Führungsbahn
- 10
- Kulissenbahn
- 11
- Reibeinrichtung
- 12
- Tellerfeder
- 13
- Tellerfeder
- 14
- Abstandselement
- 15
- Aussparung
- 16
- Anschlagkontur
- 17
- Seitenkontur
- 18
- Anprägung
- 19
- Ringspalt
- 20
- Übergang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028556 A1 [0004]
- EP 2607743 A1 [0005]
