Fliehkraftpendel

Das Fliehkraftpendel ist eine Art von Tilger zur Verringerung von Dreh- bzw. Torssionsschwingungen.

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Hintergrund

Um eine optimale Tilgerwirkung zur Herabsetzung von Schwingungsamplituden zu erreichen, werden Tilger auf die Erregerfrequenz abgestimmt. Bei Feder-Masse-Systemen sind die Federkonstante und Tilgermasse dafür ausschlaggebend. Zur Schwingungstilgung bei Systemen mit variabler Erregerfrequenz muss sich für eine breitbandige Wirkung die Steifigkeit des Tilgers quadratisch mit der Erregerfrequnz ändern, was mit konventionellen Federn nicht möglich ist.

Wirkungsweise/Funktionsprinzip

Beim Fliehkraftpendel wird Energie, nicht wie bei Feder-Masse-Systemen, kurzzeitig in einer Feder gespeichert, sondern in Rotationsnergie umgewandelt. Ähnliches passiert bei einem Fadenpendel, dessen Eigenfrequenz f von der Erdbeschleunigung g und Fadenlänge l abhängt:

$f=2\pi {\sqrt {g/l}}$

Im Gegensatz dazu ist beim Fliehkraftpendel die Pendelmasse an einer rotierenden Scheibe angebracht, wodurch der Einfluss der Erdbeschleunigung beim Fadenpendel durch die Fliehkraft ersetzt wird. Formal ergibt sich folgende Eigenfrequenz des Fliehkraftpendels:

$f=2\pi \omega {\sqrt {r/l}}$

Dabei bezeichnet r den Abstand der Pendelmasse von Drehpunkt der rotierenden Scheibe und $\omega$ die Winkelgeschwindigkeit. Die Tilgerfrequenz ist also proportonal zur Drehzahl und kann durch die Wahl von r und l genau abgestimmt werden.

Anwendung

Aufgrund der drehzahlproportionalität wird das Fliehkraftpendel auch als adaptiver Tilger bezeichnet. Zur Anwendung kommt es beispielsweise bei Kraftfahrzeugen in Kombination mit Zweimassenschwungrädern, zur Schwingungsisolation der durch den Verbrennungsprozess induzierten Drehschwingungen (Drehungkeichförmigkeit), die der Fahrer akustisch im Fahrgastinnenraum z.B. als Brummen wahrnimmt. Die Wirksamkeit zeigt sich hier besonders bei niedrigen Drehzahlen, bei denen die Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors sehr ausgeprägt sind. Das Fliehkraftpendel ermöglicht auf diese Weise die Nutzung niedriger Drehzahlen ohne Komforteinbuße und in folge dessen einen geringeren Kraftstoffverbrauch.

Bei dieser Anwendung ist die Eigenfrequenz des Fliehkraftpendels auf die Verbrennungsordnung abgestimmt. In Kombination mit einem 4-Zylinder Motor ergibt sich folgender Zusammenhang:

$2={\sqrt {r/l}}$