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Title:
CENTRIFUGAL FORCE PENDULUM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/192848
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a centrifugal force pendulum (10) for damping rotational irregularities introduced via a drive shaft of a motor vehicle engine, said pendulum comprising: a support flange (12) that is rotatable about a rotational axis (14), for direct or indirect connection to the drive shaft; a pendulum mass, (16) which can oscillate in relation to the support flange (12) about a rotational centre (M) that is radially offset relative to the rotational axis (14), for generating a restoring moment that is directed against the rotational irregularity, a centre of gravity (S) of the pendulum mass (16) being located at an oscillation length I from the rotational centre (M); a first roller (22) that is guided in a first oscillation path (20) of the pendulum mass (16) and in a first raceway (18) of the support flange (12), said first roller (22) making contact with the support flange (12) at a first roller contact point (A) in a non-deflected central position of the pendulum mass (16) under the effect of centrifugal force; and a second roller (24) that is guided in a second oscillation path (20) of the pendulum mass (16) and in a second raceway (18) of the support flange (12), said second roller (24) making contact with the support flange (12) at a second roller contact point (B) in the non-deflected central position of the pendulum mass (16) under the effect of centrifugal force, where AB/I ≥ 2.0 for the oscillation length and a distance AB between the first roller contact point (A) and the second roller contact point (B). The increased smooth running of the pendulum mass (16), achieved with the aid of the relatively great distance (AB) between the roller contact points (A, B), allows the extent of an axial impact of the pendulum mass (16) to be reduced, thereby avoiding the effects of attrition and an imbalance of the centrifugal force pendulum (10) over its service life, thus facilitating a long-lasting damping action of the centrifugal force pendulum (10).

Inventors:
MENDE HARTMUT (DE)
EIREINER DIETER (DE)
GRAHL UWE (DE)
Application Number:
DE2015/200382
Publication Date:
December 23, 2015
Filing Date:
June 19, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F16F15/14
Domestic Patent References:
WO2014080776A12014-05-30
Foreign References:
DE19831160A12000-01-13
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

Fliehkraftpendel zur Dämpfung von über eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten mit einem um eine Drehachse (14) drehbaren Trägerflansch (12) zur mittelbaren oder unmittelbaren Anbindung an die Antriebswelle, einer relativ zu dem Trägerflansch (12) um einen zur Drehachse (14) radial versetzten Drehmittelpunkt (M) pendelbaren Pendelmasse (16) zur Erzeugung eines der Drehungleichförmigkeit entgegen gerichteten Rückstellmoments, wobei ein Massenschwerpunkt (S) der Pendelmasse (16) zu dem Drehmittelpunkt (M) um eine Pendellänge I beabstandet angeordnet ist, einer in einer ersten Pendelbahn (20) der Pendelmasse (16) und einer ersten Laufbahn (18) des Trägerflanschs (12) geführten ersten Laufrolle (22), wobei die erste Laufrolle (22) in einer unausgelenkten Mittellage der Pendelmasse (16) unter Fliehkrafteinfluss in einem ersten Rollenaufstandspunkt (A) den Trägerflansch (12) kontaktiert, und einer in einer zweiten Pendelbahn (20) der Pendelmasse (16) und einer zweiten Laufbahn (18) des Trägerflanschs (12) geführten zweiten Laufrolle (24), wobei die zweite Laufrolle (24) in der unausgelenkten Mittellage der Pendelmasse (16) unter Fliehkrafteinfluss in einem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) den Trägerflansch (12) kontaktiert, wobei für die Pendellänge I und einem Abstand AB zwischen dem ersten Rollenaufstandspunkt (A) und dem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) AB/I > 2,0 gilt.

Fliehkraftpendel nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass für die Pendellänge I und einem Abstand AB zwischen dem ersten Rollenaufstandspunkt (A) und dem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) AB/I > 2,5, insbesondere

AB/I > 3,0, vorzugsweise AB/I > 3,5 und besonders bevorzugt AB/I > 4,0 gilt.

3. Fliehkraftpendel nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass für die Pendellänge I und einem Abstand AB zwischen dem ersten

Rollenaufstandspunkt (A) und dem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) AB/I < 6,0 I, insbesondere AB/I < 5,0 I, vorzugsweise AB/I < 4,0 und besonders bevorzugt AB/I < 3,0 gilt.

4. Fliehkraftpendel nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Strecke (AB) von dem ersten Rollenaufstandspunkt (A) zu dem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) und einer Strecke von dem ersten Rollenaufstandspunkt (A) zum Massenschwerpunkt (S) der Pendelmasse (16) und/oder zwischen einer Strecke (AB) von dem ersten Rollenaufstandspunkt (A) zu dem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) und einer Strecke von dem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) zum Massenschwerpunkt (S) der Pendelmasse (16) ein Winkel α eingeschlossen ist, wobei -5° < α < 20°, insbesondere - 3° < α < 13°, vorzugsweise 0° < α < 10° und besonders bevorzugt 5° < α < 8° gilt, wobei der Winkel α positiv ist, wenn der Massenschwerpunkt (S) der Pendelmasse (16) radial außerhalb zu der Strecke (AB) von dem ersten

Rollenaufstandspunkt (A) zu dem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) angeordnet ist, und der Winkel α negativ ist, wenn der Massenschwerpunkt (S) der Pen- delmasse (16) radial innerhalb zu der Strecke (AB) von dem ersten

Rollenaufstandspunkt (A) zu dem zweiten Rollenaufstandspunkt (B) angeordnet ist.

5. Fliehkraftpendel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Laufrolle (22) in einer Radialebene des ersten

Rollenaufstandspunkts (A) und/oder die zweite Laufrolle (24) in einer Radialebene des zweiten Rollenaufstandspunkts (B) einen Durchmesser d aufweist, wobei für den Durchmesser d und die Pendellänge I 0,30 < d/l < 1 ,00, insbesondere 0,40 < d/l < 0,80, vorzugsweise 0,50 < d/l < 0,70 und besonders bevor- zugt d/l = 0,63 ± 0,6 gilt.

6. Fliehkraftpendel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Trägerflansch (12) vorgesehen ist, wobei die mehreren Trägerflansche (12) mit der ersten Laufrolle (22) jeweils einen ersten

Rollenaufstandspunkt (A) und mit der zweiten Laufrolle (24) jeweils einen zweiten Rollenaufstandspunkt (B) ausbilden, wobei die mindestens zwei ersten Rollenaufstandspunkte (A) im Wesentlichen parallel zur Drehachse (14) in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und/oder die mindestens zwei zweiten Rollenaufstandspunkte (B) im Wesentlichen parallel zur Drehachse (14) in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.

7. Fliehkraftpendel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelmasse (16) und der Trägerflansch (12) an ihren aufeinander zu weisenden Axialseiten eben ausgeführt sind und/oder die Laufrollen (22, 24) entlang einer axialen Erstreckung von der Laufbahn (18) bis zur Pendelbahn (20) einen konstanten Durchmesser d aufweisen.

Description:
Fliehkraftpendel

Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel, mit dessen Hilfe Pendelmassen bei Dreh- Zahlschwankungen unter Fliehkrafteinfluss auf einen anderen Radius verlagert werden können, um ein der Drehzahlschwankung entgegen gerichtetes Rückstellmoment zu erzeugen, wodurch das Ausmaß der Drehzahlschwankung gedämpft werden kann.

Ein Fliehkraftpendel weist eine über in entsprechenden Bahnen geführte Laufrollen re- lativ zu einem Trägerflansch verlagerbare Pendelmasse auf, die bei Drehzahlschwankung ein entgegen gerichtetes Rückstellmoment erzeugen kann.

Es besteht ein ständiges Bedürfnis das Dämpfungsvermögen eines Fliehkraftpendels über eine lange Zeitdauer aufrecht zu erhalten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein lang anhaltendes Dämpfungsvermögen eines Fliehkraftpendels ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Fliehkraftpendel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Erfindungsgemäß ist ein Fliehkraftpendel zur Dämpfung von über eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten vorgesehen mit einem um eine Drehachse drehbaren Trägerflansch zur mittelbaren oder unmittelbaren Anbindung an die Antriebswelle, einer relativ zu dem Trägerflansch um einen zur Drehachse radial versetzten Drehmittelpunkt pendelbaren Pendelmasse zur Erzeugung eines der Drehungleichförmigkeit entgegen gerichteten Rückstellmoments, wo- bei ein Massenschwerpunkt der Pendelmasse zu dem Drehmittelpunkt um eine Pendellänge I beabstandet angeordnet ist, einer in einer ersten Pendelbahn der Pendelmasse und einer ersten Laufbahn des Trägerflanschs geführten ersten Laufrolle, wobei die erste Laufrolle in einer unausgelenkten Mittellage der Pendelmasse unter Fliehkrafteinfluss in einem ersten Rollenaufstandspunkt den Trägerflansch kontaktiert, und einer in einer zweiten Pendelbahn der Pendelmasse und einer zweiten Laufbahn des Trägerflanschs geführten zweiten Laufrolle, wobei die zweite Laufrolle in der unausgelenkten Mittellage der Pendelmasse unter Fliehkrafteinfluss in einem zweiten Rollenaufstandspunkt den Trägerflansch kontaktiert, wobei für die Pendellänge I und einem Abstand AB zwischen dem ersten Rollenaufstandspunkt und dem zweiten Rollenaufstandspunkt AB/I > 2,0 gilt.

Im Vergleich zu dem Abstand des Massenschwerpunkts der Pendelmasse zum Drehmittelpunkt der Pendelmasse um die Pendellänge I ist der Abstand AB der Rollenaufstandspunkte vergleichsweise groß. Beobachtungen haben überraschend gezeigt, dass dadurch die Laufruhe der Pendelmasse während der Pendelbewegung verbessert ist. Ein Auslenken und/oder Kippen der Pendelmasse in axialer Richtung tritt zumindest seltener und/oder in einem geringeren Ausmaß auf. Ein Kippeln der Pendelmasse kann vermieden werden, wodurch sich für die Pendelmasse ein stabilerer Lauf ergibt. Bei einem geringeren Abstand AB der Rollenaufstandspunkte als die doppelte Pendellänge konnte ein stärkeres Flattern der Pendelmasse beobachtet werden, das mit einem instabileren Lauf und einem stärkeren Wackeln der Pendelmasse in axialer Richtung verbunden ist, wodurch die Pendelmasse häufiger an axial zur Pendelmasse vorgesehenen Bauelementen anschlagen kann. Durch die mit Hilfe des vergleichsweise großen Abstands der Rollenaufstandspunkte erreichte erhöhte Laufruhe der Pendelmasse kann das Ausmaß eines axialen Anschlagens der Pendelmasse reduziert werden, wodurch Verschleißeffekte und eine über die Lebensdauer eintretende Verstimmung des Fliehkraftpendels vermieden werden können, so dass ein lang anhaltendes Dämpfungsvermögen des Fliehkraftpendels ermöglicht ist.

Durch die erhöhte Laufruhe der Pendelmasse ist es möglich den Verschleiß von Abstandselementen zwischen der Pendelmasse und dem Trägerflansch zu reduzieren. Die Abstandselemente können dadurch kleiner dimensioniert werden und/oder für ge- ringere Belastungen ausgelegt werden. Vorzugsweise können die Abstandselemente sogar entfallen. Die Rollenaufstandspunkte werden von den Rollen erreicht, wenn die Pendelmasse in der unausgelenkten Mittellage unter Fliehkrafteinfluss bei rotierendem Trägerflansch nach radial außen bewegt wird und die in den Pendelbahn geführ- ten Rollen soweit nach radial außen mitnehmen, bis die Rollen von radial innen in der jeweiligen Laufbahn des Trägerflanschs an dem Trägerflansch anschlagen. In der unausgelenkten Mittellage befindet sich die Pendelmasse in ihrer Nulllage. Die mindestens eine Pendelmasse des Fliehkraftpendels hat unter Fliehkrafteinfluss das Bestreben eine möglichst weit vom Drehzentrum entfernte Stellung anzunehmen. Die„Nulllage" ist also die radial am weitesten vom Drehzentrum entfernte Stellung, welche die Pendelmasse in der radial äußeren Stellung einnehmen kann. Bei einer konstanten Antriebsdrehzahl und konstantem Antriebsmoment wird die Pendelmasse diese radial äußere Stellung einnehmen. Bei Drehzahlschwankungen lenkt die Pendelmasse aufgrund ihrer Massenträgheit entlang ihrer Pendelbahn aus. Die Pendelmasse kann dadurch in Richtung des Drehzentrums verschoben werden. Die auf die Pendelmasse wirkende Fliehkraft wird dadurch aufgeteilt in eine Komponente tangential und eine weitere Komponente normal zur Pendelbahn. Die tangentiale Kraftkom- ponente stellt die Rückstell kraft bereit, welche die Pendelmasse wieder in ihre„Nulllage" bringen will, während die Normalkraftkomponente auf ein die Drehzahlschwankungen einleitendes Krafteinleitungselement, insbesondere eine mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors verbundene Schwungscheibe, einwirkt und dort ein Gegenmoment erzeugt, das der Drehzahlschwankung entgegenwirkt und die eingeleiteten Drehzahlschwankungen dämpft. Bei besonders starken Drehzahlschwankungen kann die Pendelmasse also maximal ausgeschwungen sein und die radial am weitesten innen liegende Stellung annehmen. Die in dem Trägerflansch und/oder in der Pendelmasse vorgesehenen Bahnen weisen hierzu geeignete Krümmungen auf. Insbesondere ist mehr als eine Pendelmasse vorgesehen. Die träge Masse der Pendelmasse und/oder die Relativbewegung der Pendelmasse zum Trägerflansch ist insbesondere zur Dämpfung eines bestimmten Frequenzbereichs von Drehungleichförmigkeiten, insbesondere einer Motorordnung des Kraftfahrzeugmotors, ausgelegt. Insbesondere ist mehr als eine Pendelmasse und/oder mehr als ein Trägerflansch vorgesehen. Beispielsweise sind zwei über insbesondere als Abstandsbolzen ausgestaltete Bolzen oder Niete miteinander verbundene Pendelmassen vorgesehen, zwischen denen in axialer Richtung des Drehschwingungsdämpfers der Trägerflansch positioniert ist. Insbesondere gilt für die Pendellänge I und einem Abstand AB zwischen dem ersten Rollenaufstandspunkt und dem zweiten Rollenaufstandspunkt AB/I > 2,5, insbesondere AB/I > 3,0, vorzugsweise AB/I > 3,5 und besonders bevorzugt AB/I > 4,0. Dadurch kann eine noch höhere Laufruhe für die Pendelmasse erreicht werden, die das opti- male Dämpfungsvermögen des Fliehkraftpendels noch länger aufrecht erhalten kann.

Vorzugsweise gilt für die Pendellänge I und einem Abstand AB zwischen dem ersten Rollenaufstandspunkt und dem zweiten Rollenaufstandspunkt AB/I < 6,0 I, insbesondere AB/I < 5,0 I, vorzugsweise AB/I < 4,0 und besonders bevorzugt AB/I < 3,0. Da- durch kann eine zu große Baugröße der Pendelmasse, die sich bei einem limitierten zur Verfügung stehenden Bauraum nur schwer realisieren lässt, vermieden werden. Der Bauraumbedarf des Fliehkraftpendels kann dadurch gering gehalten werden. Insbesondere kann die Größe der Pendelmasse klein genug sein, um mehrere Pendelmassen in Umfangsrichtung verteilt an dem selben Trägerflansch anzubinden. Unnö- tige Unwuchten können dadurch vermieden werden.

Besonders bevorzugt ist zwischen einer Strecke von dem ersten

Rollenaufstandspunkt zu dem zweiten Rollenaufstandspunkt und einer Strecke von dem ersten Rollenaufstandspunkt zum Massenschwerpunkt der Pendelmasse und/oder zwischen einer Strecke von dem ersten Rollenaufstandspunkt zu dem zweiten Rollenaufstandspunkt und einer Strecke von dem zweiten Rollenaufstandspunkt zum Massenschwerpunkt der Pendelmasse ein Winkel α eingeschlossen, wobei - 5° < α < 20°, insbesondere -3° < α < 13°, vorzugsweise 0° < α < 10° und besonders bevorzugt 5° < α < 8° gilt, wobei der Winkel α positiv ist, wenn der Massenschwer- punkt der Pendelmasse radial außerhalb zu der Strecke von dem ersten

Rollenaufstandspunkt zu dem zweiten Rollenaufstandspunkt angeordnet ist, und der Winkel α negativ ist, wenn der Massenschwerpunkt der Pendelmasse radial innerhalb zu der Strecke von dem ersten Rollenaufstandspunkt zu dem zweiten

Rollenaufstandspunkt angeordnet ist. Ein zu starkes Herausragen der Pendelmasse nach radial außen kann dadurch vermieden werden, wodurch der Bauraumbedarf des Fliehkraftpendels gering gehalten werden kann. Gleichzeitig stellt sich bei einem derartigen Winkel α eine hohe Laufruhe für die Pendelmasse ein, so dass Verschleißef- fekte und das Risiko eines verschleißbedingten Verstimmens des Fliehkraftpendels reduziert sind.

Insbesondere weist die erste Laufrolle in einer Radialebene des ersten

Rollenaufstandspunkts und/oder die zweite Laufrolle in einer Radialebene des zweiten Rollenaufstandspunkts einen Durchmesser d auf, wobei für den Durchmesser d und die Pendellänge I 0,30 < d/l < 1 ,00, insbesondere 0,40 < d/l < 0,80, vorzugsweise 0,50 < d/l < 0,70 und besonders bevorzugt d/l = 0,63 ± 0,6 gilt. Bei einem derartigen Durchmesser der Laufrollen können die Laufrollen die im Betrieb auftretenden Kräfte, insbesondere Fliehkräfte, ohne ein signifikantes Risiko eines Bauteilversagens abtragen. Gleichzeitig ist der Durchmesser der Laufrollen geeignet gewählt, dass sich ein geeignetes Verhältnis AB/I und/oder des Winkels α ergibt.

Vorzugsweise ist mehr als ein Trägerflansch vorgesehen, wobei die mehreren Träger- flansche mit der ersten Laufrolle jeweils einen ersten Rollenaufstandspunkt und mit der zweiten Laufrolle jeweils einen zweiten Rollenaufstandspunkt ausbilden, wobei die mindestens zwei ersten Rollenaufstandspunkte im Wesentlichen parallel zur Drehachse in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind und/oder die mindestens zwei zweiten Rollenaufstandspunkte im Wesentlichen parallel zur Drehachse in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Eine Schrägstellung der Pendelmasse relativ zur Radialebene ist dadurch vermieden. Gleichzeitig können sich im Wesentlichen symmetrische Kraftverhältnisse ergeben, die zu einer Erhöhung der Laufruhe der Pendelmasse beitragen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Pendelmasse und der Trägerflansch an ihren aufeinander zu weisenden Axialseiten eben ausgeführt sind und/oder die Laufrollen entlang einer axialen Erstreckung von der Laufbahn bis zur Pendelbahn einen konstanten Durchmesser d aufweisen. Das Fliehkraftpendel kann dadurch frei von Abstandselementen ausgeführt sein. Die Geometrie der für das Fliehkraftpendel verwendeten Bauteile kann dadurch vereinfacht werden, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden können. Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Draufsicht eines Fliehkraftpendels und

Fig. 2: eine schematische auf die Wegverhältnisse reduzierte Ansicht des

Fliehkraftpendels aus Fig. 1 .

Das in Fig. 1 dargestellte Fliehkraftpendel 10 weist einen Trägerflansch 12 auf, der um eine Drehachse 14 rotieren kann. Der Trägerflansch 12 ist hierzu beispielsweise mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors und/oder einem mit der Antriebswelle gekoppelten Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, verbunden. Relativ zu dem Trägerflansch 14 kann eine Pendelmasse 16 um einen zur Drehachse 14 radial beabstandeten Drehmittelpunkt M pendeln. Hierzu weist der Trägerflansch zwei geeignet gekrümmte Laufbahnen 18 und die Pendelmasse 16 zwei geeignet gekrümmte Pendelbahnen 20 auf, in denen jeweils eine erste Laufrolle 22 und eine zweite Laufrolle 24 geführt ist.

In der in Fig. 1 dargestellten unausgelenkten Mittellage der Pendelmasse 16 ist die Pendelmasse 16 maximal weit radial außen positioniert. In dieser Mittellage liegt die erste Laufrolle 22 in einem ersten Rollenaufstandspunkt A in der Laufbahn 18 an dem Trägerflansch 12 an. Gleichzeitig liegt die zweite Laufrolle 24 in einem zweiten

Rollenaufstandspunkt B in der anderen Laufbahn 18 an dem Trägerflansch 12 an. Die Laufrollen 22, 24 weisen hierbei den gleichen Durchmesse d auf.

Wie in Fig. 2 vereinfacht dargestellt weist die Pendelmasse 16 einen Massenschwerpunkt M auf, der um eine Pendellänge I zu dem Drehmittelpunkt beabstandet ist. Wäh- rend einer Pendelbewegung der Pendelmasse 16 bewegt sich der Massenschwerpunkt S im Wesentlichen entlang einer Kreisbahn um den Drehmittelpunkt M. Im Vergleich zu der Pendellänge I sind die Rollenaufstandspunkte A, B um eine vergleichsweise große Strecke AB zueinander beabstandet. Dadurch ergibt sich bei dem ver- wendeten Durchmesser d der Rollen 22, 24 ein entsprechend kleiner Winkel α zwischen der Strecke AB und einer Strecke von dem ersten Rollenaufstandspunkt A und/oder dem zweiten Rollenaufstandspunkt B zum Massenschwerpunkt S der Pendelmasse. In der dargestellten Mittellage ist der Massenschwerpunkt S im Wesentli- chen mittig zur Strecke AB positioniert.

Bezuqszeichenliste

10 Fliehkraftpendel

12 Trägerflansch

14 Drehachse

16 Pendelmasse

18 Laufbahn

20 Pendelbahn

22 erste Laufrolle

24 zweite Laufrolle

A erster Rollenaufstandspunkt

B zweiter Rollenaufstandspunkt

AB Strecke

d Durchmesser

I Pendellänge

M Drehmittelpunkt

S Massenschwerpunkt

α Winkel