DE102011103471A1

DE102011103471A1 - Fliehkraftpendel

Info

Publication number: DE102011103471A1
Application number: DE102011103471A
Authority: DE
Inventors: Dominik Weis; Florian Vogel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2011-12-29
Anticipated expiration: 2031-06-04
Also published as: DE102011103471B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse drehenden Pendelflansch und mehreren, über den Umfang verteilten, gegenüber dem Pendelflansch begrenzt verschwenkbaren Pendelmassen. Zur Vermeidung von harten Anschlägen der Pendelmassen gegeneinander sind einander in Umfangsrichtung benachbarte Pendelmassen miteinander mittels zumindest eines Federelements in Umfangsrichtung wirksam gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse drehenden Pendelflansch und mehreren, über den Umfang verteilten, gegenüber dem Pendelflansch begrenzt verschwenkbaren Pendelmassen.
Fliehkraftpendel sind beispielsweise als drehzahladaptive Drehschwingungstilger alleine oder in Verbindung mit Drehschwingungsdämpfern wie geteilten Schwungrädern und dergleichen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen insbesondere zur Isolation von Drehschwingungen von Brennkraftmaschinen bekannt. Hierbei ist ein koaxial zur Kurbelwelle um eine Drehachse verdrehbarer Pendelflansch vorgesehen, der mehrere über den Umfang angeordnete, gegenüber diesem auf entsprechenden Laufbahnen verschwenkbare Pendelmassen aufnimmt. Hierzu ist beispielsweise aus der DE 10 2004 011 830 A1 ein in ein geteiltes Schwungrad integriertes Fliehkraftpendel bekannt, bei dem die Pendelmassen radial außen gegenüber einem Hohlrad verschwenkbar angeordnet sind. Die zueinander in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Pendelmassen sind jeweils mittels eines Kopplungselements miteinander verbunden. Hierdurch wird die Beweglichkeit der Pendelmassen auf deren Laufbahnen eingeschränkt.
Die DE 10 2008 057 648 A1 und DE 10 2009 021 355 A1 offenbaren ein in einen Antriebsstrang integriertes Fliehkraftpendel, bei dem beidseitig des Pendelflansches Pendelmassen angeordnet sind, wobei axial gegenüber liegende Pendelmassen mittels den Pendelflansch durchgreifender Verbindungsmittel zu einem Pendelmassenpaar verbunden sind. Die verschwenkbare Lagerung dieser Pendelmassenpaare erfolgt mittels Wälzkörpern, die auf Laufbahnen der Pendelmassen und des Pendelflansches abwälzen. Die Pendelmassenpaare sind untereinander nicht gekoppelt, so dass je nach Auslegung deren Verbindungselemente oder Wälzkörper gegenüber Ausnehmungen im Pendelflansch oder in den Pendelmassen sowie die in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen gegeneinander harte Anschläge bilden können.
Aus der DE 10 2009 042 836 A1 ist ein Fliehkraftpendel in einer Drehmomentübertragungseinrichtung bekannt, bei dem harte Anschläge der in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen mittels eines zwischen diesen an dem Pendelflansch angeordneten Pufferelements verhindert wird. Weiterhin wird eine Dämpfung der Pendelmassenpaare gegenüber dem Pendelflansch durch in Ausschnitten des Pendelflansches eingebrachte Pufferelemente offenbart. Die vorgeschlagenen Pufferelemente erfordern einen großen Bauraum und sind verschleißanfällig.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Weiterbildung eines Fliehkraftpendels insbesondere vor dem Hintergrund einer dauerfesten Verhinderung von harten Anschlägen und einer ausreichenden Beweglichkeit der Pendelmassen in Umfangsrichtung.
Die Aufgabe wird durch ein Fliehkraftpendel mit einem um eine Drehachse drehenden Pendelflansch und mehrerer, über den Umfang verteilten, gegenüber dem Pendelflansch begrenzt verschwenkbaren Pendelmassen gelöst, wobei einander in Umfangsrichtung benachbarte Pendelmassen miteinander mittels zumindest eines Federelements in Umfangsrichtung wirksam gekoppelt sind.
Im Sinne der Erfindung sind unter Fliehkraftpendel Einrichtungen zu verstehen, bei denen zumindest zwei in Umfangsrichtung benachbarte um einen oder zwei Drehpunkte (monofilare oder bifilare Pendelmassenaufhängung) gegenüber einem um eine Drehachse verdrehbaren Pendelflansch begrenzt verschwenkbar angeordnet sind. Dabei können die Pendelmassen einzeln, beispielsweise in einem Hohlrad oder beidseitig zu Pendelmassenpaaren zusammmengefasst an einem Pendelflansch verschwenkbar aufgenommen sein. Der Pendelflansch kann weitere Funktionen enthalten, beispielsweise Flanschteil zur Beaufschlagung von Energiespeichern eines Drehschwingungsdämpfers sein. Das Fliehkraftpendel kann eingangsseitig und/oder ausgangsseitig einem Drehschwingungsdämpfer, einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder dergleichen zugeordnet sein.
Das die benachbarten Pendelmassen miteinander koppelnde Federelement erlaubt eine verschleißarme, elastische Anbindung benachbarter Pendelmassen aneinander, so dass diese bei einer schnellen Annäherung aneinander abgebremst werden und dennoch auf ihren Verschwenkbahnen, beispielsweise Laufbahnen positioniert bleiben. Dabei kann durch Auswahl und Ausgestaltung des Federelements eine vorgegebene Kraft-/Wegkennlinie des Abstands zwischen den beiden benachbarten Pendelmassen eingestellt werden, in dem beispielsweise linear, degressiv oder progressiv verlaufende Kennlinien eingestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, mit abnehmendem Abstand der benachbarten Pendelmassen die Wegkraft zu erhöhen, so dass Anschläge der Pendelmassen gegeneinander erschwert werden und gegebenenfalls weich ausgestaltet werden. Durch die Verwendung von Federelementen aus Metall, die bei einer die Pendelmassen übergreifender Anordnung keinen oder nur einen geringen Bauraum beanspruchen, kann gegenüber einer Verwendung von elastischen Pufferelementen wie Gummipuffern Bauraum eingespart werden, der als effektive Massezunahme der Pendelmassen genutzt werden kann und damit einer verbesserten Schwingungsisolation des Fliehkraftpendels dient. Weiterhin sind erfindungsgemäße, aus Metall hergestellte Federelemente langzeitstabil und lebensdauerfest.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann das zumindest eine Federelement aus einer Druckfeder gebildet sein, die im einfachsten Fall an jeweils einem Aufnahmepunkt der benachbarten Pendelmassen aufgenommen und zwischen diesen wirksam angeordnet ist. Dabei kann insbesondere zur besseren Führung und Verhinderung eines Ausbauchens der Druckfeder ein Führungselement vorgesehen sein, das mit zwei benachbarten Pendelmassen verbunden, beispielsweise von diesen angelenkt ist. Um den zwischen den Pendelmassen variierenden Abstand auszugleichen, verfügt das Führungselement über einen Längenausgleich, der teleskopartig ausgeführt sein kann, mittels eines einseitig an einer Pendelmasse fest und an der anderen Pendelmasse mittels eines Langlochs angelenkten Führungselements oder in anderer Weise erfolgen kann. Das Führungselement kann stab-, rohrförmig oder aus Blech gebildet flach vorgesehen sein und durch einen durch die Windungen der Druckfeder gebildeten Innenraum geführt sein, wobei die Stirnseiten der Druckfeder mit jeweils einer Stirnseite einer Pendelmasse in Anlagekontakt stehen und die Druckfeder daher bei Annäherung der Pendelmassen komprimiert wird. Bei einer Schrägstellung des Führungselements gegenüber den Pendelmassen können die Anstellwinkel der Stirnseiten der Druckfeder durch eine entsprechend schräg gewickelte Druckfeder oder Anstellung der Endwindungen einen angepassten Anlagekontakt zu den Stirnseiten der Pendelmassen in entsprechender Weise angepasst werden.
Zur Einstellung eines Minimalabstands zwischen den benachbarten Pendelmassen der mittels des zumindest einen Federelements gekoppelten Pendelmassen kann beispielsweise durch Einstellung der Windungszahl, Drahtstärke der Windungen und der damit verbundenen Steifigkeit eine Blockbildung von Windungen der Druckfeder vorgesehen sein. Vor der Blockbildung kann die Druckfeder progressiv gewickelt sein, um eine Herabsetzung eines gegebenenfalls auftretenden Rucks bei Erreichen der Blocklage zu mildern. Alternativ oder zusätzlich können die Windungen beispielsweise progressiv oder alternativ auf einen unterschiedlichen Durchmesser gewickelt sein, so dass durch die radiale Elastizität der Windungen bei Erreichen der Blocklage ein besonders weicher Anschlag erzielt werden kann.
Im Weiteren kann ein Maximalabstand der benachbarten Pendelmassen mittels des zumindest einen, bevorzugt zwischen den Pendelmassen schräg, das heißt von einer radial inneren Anlenkung der einen Pendelmasse zu einer radial weiter außen angeordneten Anlenkposition des anderen Pendelmasse angelenkten Federelements in Form einer Drahtfeder mit darin geführtem Führungselement eingestellt werden. Hierzu ist das Führungselement spielbehaftet in einer Nut zumindest einer Pendelmasse aufgenommen, wobei bei Erreichen des Maximalabstands der Pendelmassen zueinander das Führungselement an einem Anschlag der Nut anschlägt und daher eine weitere Entfernung der Pendelmassen unterbunden wird.
Alternativ zu dem mit einer Druckfeder ausgestalteten Federelement kann das zumindest eine Federelement aus einer an einer Pendelmasse angeordneten Rollfeder gebildet sein. Diese ist aus um eine Befestigungsachse aufgewickeltem Federband gebildet, deren freies Ende an der in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmasse beispielsweise an einem Anlenkpunkt eingehängt oder in anderer Weise befestigt ist.
Zur Einstellung eines Minimalabstands kann in diesem Ausführungsbeispiel die Rollfeder in einer eingesenkten Kontur einer Pendelmasse aufgenommen sein, wobei der Minimalabstand der miteinander gekoppelten Pendelmassen mittels eines Anschlags einer radial äußeren Windung des Federbands an der Kontur eingestellt ist. Durch den Übergang einer Umfangsreibung dieser Windung an dem Innenumfang der Kontur und einer Anlage der Windung durch die elastische Wirkung der Windung und der nachdrückenden inneren Windungen erfolgt dieser den Minimalabstand einstellende Anschlag sehr weich und reibschlüssig.
In andere Richtung kann der Maximalabstand der Pendelmassen voneinander festgelegt werden, indem die Auslegung der Rollfeder so erfolgt, dass bei Erreichen des Maximalabstands die noch aufgerollten Windungen auf Block gehen. Hierbei kann das Ende des noch aufgewickelten Federbands an der Befestigungsachse wie Stift befestigt sein oder eine Blockierung der Windungen mittels Eytelweinscher Seilreibung erfolgen.
Um eine verbesserte Koppelung der Pendelmassen, beispielsweise aller über den Umfang verteilter Pendelmassen zu erzielen, indem jeweils die beiden in Umfangsrichtung benachbarten Stirnseiten der Pendelmassen miteinander durch zumindest ein Federelement gekoppelt sind. Dabei können zumindest zwei Federelemente für eine Koppelung zweier benachbarter Pendelmassen vorgesehen sein, die mit jeweils einem Anlenkpunkt an einer Pendelmasse verbunden sind und die kreuzweise zueinander angeordnet sind. So kann beispielsweise eine Druck- oder Rollfeder auf den Vorderseiten zu koppelnder Pendelmassen beispielsweise diagonal über die Stirnseiten dieser befestigt und eine zweite Druck- oder Rollfeder kreuzweise zu dieser an der Rückseite der Pendelmassen angeordnet sein. Es versteht sich, dass bei einer paarweisen Anordnung gegenüberliegender Pendelmassen zu Pendelmassenpaaren entsprechende Federelemente an zwei in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmassen und/oder an den sich axial gegenüberliegenden Pendelmassen der jeweiligen Pendelmassenpaare vorgesehen sein können. Eine kreuzweise Anordnung der Federelemente kann dabei auch durch eine Anordnung eines Federelements an den benachbarten Pendelmassen benachbarter Pendelmassenpaare und ein kreuzweise zu diesem angeordnetes Federelement an den axial gegenüberliegenden Pendelmassen der benachbarten Pendelmassenpaare erfolgen.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einem Fliehkraftpendel mit zwei mittels Federelementen in Form von Druckfedern gekoppelten Pendelmassen,
2 ein Detail der 1 und
3 einen Ausschnitt eines gegenüber dem Fliehkraftpendel der 1 und 2 geändertes Fliehkraftpendel mit als Rollfedern ausgebildeten Federelementen.
1 zeigt einen Ausschnitt eines Fliehkraftpendels 1 mit dem um eine Drehachse verdrehbaren Pendelflansch 2 und den in Umfangsrichtung benachbart zueinander angeordneten Pendelmassen 3, 4. Zum grundlegenden Aufbau und Funktion von Fliehkraftpendels wird auf den zuvor genannten Stand der Technik verwiesen.
Die Pendelmassen 3, 4 sind radial außen mittels der auf den Laufbahnen 6 der Pendelmassen 3, 4 und den Laufbahnen 7 dem als Hohlrad 8 ausgebildeten Pendelflansch 2 abwälzenden Wälzkörper 5 gegenüber dem Pendelflansch 2 verschwenkbar gelagert. Dabei stützen sich die Pendelmassen 3, 4 radial außen unter Fliehkraftwirkung an dem axialen Ansatz 9 des Hohlrads 8 über die Wälzkörper 5 ab und halten infolge ihrer Fliehbeschleunigung den in den Pendelflansch 2 eingetragenen Drehschwingungsmomenten ein Trägheitsmoment entgegen, wobei Pendelflansch 2 und Pendelmassen 3, 4 über den Wälzkontakt der Wälzkörper 5 und der Laufbahnen 6, 7 relativ gegeneinander verschwenken und damit Drehschwingungen getilgt werden. Im Stillstand des Fliehkraftpendels 1 werden die Pendelmassen 3, 4 durch mit dem Pendelflansch 2 verbundene Stützelemente 10 wie Stützrollen nach radial innen abgestützt.
Infolge heterogener Anregungen der Pendelmassen 3, 4 können diese gegeneinander schwingen, aneinander und/oder an den Stützelementen 10 anschlagen. Um dies zu vermeiden, sind die Pendelmassen 3, 4 entgegen der Wirkung von Federelementen 11 miteinander gekoppelt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Federelemente 11 als kreuzweise an der Vorderseite 14 und an der Rückseite 15 der Pendelmassen 3, 4 angeordnete Druckfedern 12, 13 wie Schraubendruckfedern mit lediglich angedeuteten Windungen 16 angeordnet, so dass die Pendelmassen 3, 4 sich lediglich unter Überwindung der Federkraft der Druckfedern 12, 13 einander nahem können.
2 zeigt die Anordnung der Federelemente 11 in einem Detail der 1. Die Druckfedern 12, 13 sind jeweils an Anlenkpunkten 17, 18, 19, 20 mittels Führungselementen 21, 22 in Form von Blechstreifen aufgenommen, die die Druckfedern 12, 13 durchgreifen. Um bei einer Änderung des Abstands zwischen den Pendelmassen 3, 4 einen Längenausgleich der Führungselemente 21, 22 durchführen zu können, sind diese an den Anlenkpunkten 17 beziehungsweise 19 um deren Achse verschwenkbar und ansonsten fest aufgenommen und weisen jeweils ein Langloch 23 auf, in dem der Anlenkpunkt 18 beziehungsweise 20 aufgenommen und die Führungselemente 21, 22 verlagerbar gegenüber diesem geführt werden. Die Druckfedern 12, 13 stützen sich mit ihren Stirnseiten 24, 25 jeweils an einer Stirnseite 26, 27 der Pendelmassen 3, 4 ab.
Ein Minimalabstand der Pendelmassen 3, 4 zueinander wird mittels auf Block gehender Windungen 16 erzielt, Die Führungselemente 21, 22 sind jeweils in der in die Pendelmassen 3, 4 eingesenkten Nut 28 mit Spiel 29 aufgenommen. Bei einer Entfernung der Pendelmassen 3, 4 verringert sich das Spiel 29 zwischen den Führungselementen 21, 22 und den Nutwandungen 30 bis bei aufgebrauchtem Spiel 29 und an der Nutwandung 30 anschlagendem Führungselement der Maximalabstand der Pendelmassen zueinander erreicht ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind zur Erstellung der Pendelmassen als Gleichteile und gleichmäßige Symmetrieachsen dieselben Ausnehmungen 31 und Nuten 28 um die Anlenkpunkte 17, 18, 19, 20 vorgesehen, so dass die der auf der Vorderseite 14 nicht belegte Nut und Ausnehmung gegenüberliegende Nut und Ausnehmung durch das Führungselement 22 auf der Rückseite 15 belegt ist. Durch die Einsenkung der Führungselemente 21, 22 in die Ausnehmung 31 und die Nut 28 wird eine bauraumneutrale Aufnahme der Druckfedern 12, 13 erzielt.
3 zeigt ein Detail eines gegenüber dem Fliehkraftpendel 1 der 1 geänderten Fliehkraftpendels 1a mit einem zwischen der Pendelmasse 3a und der nur teilweise dargestellten Pendelmasse 4a wirksam angeordneten Federelement 11a, das als Rollfeder 32 ausgebildet ist. Das Federband 33 der Rollfeder 32 ist auf dem um die Befestigungsachse 34 angeordneten, in der Pendelmasse 3a eingebrachten Stift aufgerollt. Die Rollfeder 32 ist in der in der Pendelmasse 3a ausgenommen Kontur 36 bauraumneutral aufgenommen. Das freie Ende 37 des Federbands 33 ist in der Pendelmasse 4a aufgenommen, beispielsweise eingehängt. Eine Annäherung der beiden Pendelmassen 3a, 4a erfolgt entgegen der Wirkung der Rollfeder 32 solange bis die äußerste Windung 38 einen Anlagekontakt mit der Kontur 36 bildet, so dass durch das Spiel 39 zwischen der Windung 38 und der Kontur 36 der Minimalabstand zwischen den Pendelmassen 3a, 4a eingestellt wird. Der Maximalabstand der Pendelmassen ergibt sich aus der Blocklage der äußeren Windung 38 und inneren Windung 40 der Rollfeder 32. Es versteht sich, dass an den einander gegenüberliegenden Seiten einer Pendelmasse 3a oder jeweils einer der gegenüberliegenden Pendelmassen 3a, 4a jeweils eine Rollfeder 32 aufgenommen sein kann und die Federbänder dieser über Kreuz angeordnet sein können.
Bezugszeichenliste

1: Fliehkraftpendel
1a: Fliehkraftpendel
2: Pendelflansch
3: Pendelmasse
3a: Pendelmasse
4: Pendelmasse
4a: Pendelmasse
5: Wälzkörper
6: Laufbahn
7: Laufbahn
8: Hohlrad
9: Ansatz
10: Stützelement
11: Federelement
11a: Federelement
12: Druckfeder
13: Druckfeder
14: Vorderseite
15: Rückseite
16: Windung
17: Anlenkpunkt
18: Anlenkpunkt
19: Anlenkpunkt
20: Anlenkpunkt
21: Führungselement
22: Führungselement
23: Langloch
24: Stirnseite
25: Stirnseite
26: Stirnseite
27: Stirnseite
28: Nut
29: Spiel
30: Nutwandung
31: Ausnehmung
32: Rollfeder
33: Federband
34: Befestigungsachse
35: Stift
36: Kontur
37: freies Ende
38: Windung
39: Spiel
40: Windung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004011830 A1 [0002]
DE 102008057648 A1 [0003]
DE 102009021355 A1 [0003]
DE 102009042836 A1 [0004]

Claims

Fliehkraftpendel (1, 1a) mit einem um eine Drehachse drehenden Pendelflansch (2) und mehreren, über den Umfang verteilten, gegenüber dem Pendelflansch (2) begrenzt verschwenkbaren Pendelmassen (3, 3a, 4, 4a), dadurch gekennzeichnet, dass einander in Umfangsrichtung benachbarte Pendelmassen (3, 3a, 4, 4a) miteinander mittels zumindest eines Federelements (11, 11a) in Umfangsrichtung wirksam gekoppelt sind.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (11) aus einer zwischen den benachbarten Pendelmassen (3, 4) angeordneten Druckfeder (12, 13) gebildet ist.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (12, 13) um ein mit beiden Pendelmassen (3, 4) verbundenen, mit einem Längenausgleich ausgestattetes Führungselement (21, 22) angeordnet ist und stirnseitig mit jeweils einer Stirnseite (26, 27) einer Pendelmasse (3, 4) in Anlagekontakt steht.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Minimalabstand der mittels des zumindest einen Federelements (11, 11a) gekoppelten Pendelmassen (3, 4) durch eine Blockbildung von Windungen (16) der Druckfeder (12, 13) eingestellt ist.
Fliehkraftpendel (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (21, 22) jeweils an einer Pendelmasse (3, 4) angelenkt und spielbehaftet in einer Nut (28) zumindest einer Pendelmasse (3, 4) aufgenommen ist, wobei ein Maximalabstand der Pendelmassen (3, 4) zueinander mittels eines Anschlags des Führungselements (21, 22) an der Nut (28) eingestellt ist.
Fliehkraftpendel (1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (11a) aus einer an einer Pendelmasse (3a) angeordneten Rollfeder (32) aus um eine Befestigungsachse (34) aufgewickelten und mittels eines freien Endes (37) an der in Umfangsrichtung benachbarten Pendelmasse (4a) befestigten Federbands (33) befestigt ist.
Fliehkraftpendel (1a) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollfeder (32) in einer eingesenkten Kontur (36) einer Pendelmasse (3a) aufgenommen und ein Minimalabstand der miteinander gekoppelten Pendelmassen (3a, 4a) mittels eines Anschlags einer radial äußeren Windung (38) des Federbands (33) an der Kontur (36) eingestellt ist.
Fliehkraftpendel (1a) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximalabstand der mittels der Rollfeder (32) miteinander gekoppelten Pendelmassen (3a, 4a) mittels einer Blocklage von Windungen (38, 40) des Federbandes (33) eingestellt ist.
Fliehkraftpendel (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Federelemente (11, 11a) mit jeweils einem Anlenkpunkt (17, 18, 19, 20) an einer Pendelmasse (3, 4) vorgesehen sind, wobei die zumindest zwei Federelemente (11, 11a) kreuzweise zueinander angeordnet sind.