Fliehkraftpendel

Das Fliehkraftpendel ist eine Art von Tilger zur Dämpfung von Dreh- bzw. Torsionsschwingungen. Aufgrund der Drehzahlproportionalität wird das Fliehkraftpendel auch als adaptiver Tilger bezeichnet.

Hintergrund

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

Wirkungsweise/Funktionsprinzip

Beim Fliehkraftpendel entsteht die Rückstellkraft nicht durch eine Feder, sondern wie beim Fadenpendel durch eine Beschleunigung. Beim Fadenpendel hängt die Eigenfrequenz f von der Erdbeschleunigung g und der Fadenlänge l ab:

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

Im Gegensatz dazu ist beim Fliehkraftpendel die Pendelmasse an einer rotierenden Scheibe angebracht, wodurch statt der Schwerkraft die Fliehkraft wirksam wird:

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

Dabei bezeichnet r den Abstand der Pendelmasse von der Achse der Scheibe und ω deren Winkelgeschwindigkeit. Die Tilgerfrequenz ist also proportional zur Drehzahl und kann durch die Wahl von r und l genau abgestimmt werden.

In vielen Fällen von Drehungleichförmigkeiten dominiert eine Anregungsfrequenz, die zudem in einem festen Verhältnis zur Drehzahl steht. Bei einem 4-Zylinder-4-Takt-Motor beträgt diese Motorordnung m:n = 2 und es ergibt sich folgender Zusammenhang:

$2=\sqrt{r/l}$

Aufgrund der dann stets gegebenen Abstimmung der Resonanz ist die Schwingungsamplitude des Pendels erhöht und die Dämpfungswirkung bereits bei kleinen Pendelmassen gegeben.

Anwendung

Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor treten durch den getakteten Verbrennungsprozess Drehschwingungen auf. Insbesondere bei den für einen niedrigen Kraftstoffverbrauch wünschenswerten niedrigen Drehzahlen wird die Luft im Fahrgastinnenraum zu resonanter Schwingung anregt, was als lautes Brummen stört. Zur Isolation dieser Drehschwingung werden schon länger zwischen Motor und Getriebe Zweimassenschwungräder verwendet. Diese müssen aber stets oberhalb ihrer (festen) Resonanzfrequenz betrieben werden.

Das Fliehkraftpendel wurde erstmals beim im März 2010 vorgestellten Modell 320d EfficientDynamics Edition der Firma BMW eingesetzt, zusammen mit einem Zweimassenschwungrad.^[1]

Einzelnachweis

1. ↑ Kommerzieller Ersteinsatz des Fliehkraftpendels