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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Unterdrückung von
Eigen-Resonanzen in einer hydraulischen Strecke zur Kupplungsbetätigung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Durch
die in der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs stattfindenden Verbrennungsprozesse
erfährt die Kurbelwelle im Antriebsstrang in Abhängigkeit
von der Ausgestaltung der Brennkraftmaschine, beispielsweise in
Abhängigkeit von der Anzahl der Zylinder, ungleichförmige
Belastungen, die sich in Axial- und/oder Taumelschwingungen äußern
und über die Kupplung in die hydraulische Strecke übertragen
werden. Im Falle der Betätigung der Kupplung mittels eines
Kupplungspedals werden diese Schwingungen am Betätigungsglied
für den Fahrer als unangenehm empfunden.
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In
der
DE 14 75 701 ist
ein Interferenz-Geräuschdämpfer beschrieben, bei
dem periodische Druckwellen in Strömungsmitteln so durch
eine Leitung gefördert werden, dass von dieser Leitung
eine Zweigleitung abgeführt wird, die nach einer bestimmten
Länge wieder auf die weitergeführte Leitung trifft, wodurch
eine in einem Kanal befindende Druckwelle zeitweise auf zwei Kanäle
unterschiedlicher Länge aufgeteilt wird, im Wesentlichen
dadurch ausgelöscht werden, dass die Zweigleitung gegenüber
der Leitung aus einem elastomeren Werkstoff mit großer
radialer Elastizität besteht. Auf Grund unterschiedlicher Werkstoffe
für Leitung und Zweigleitung (bei gleicher Formgebung)
und damit unterschiedlicher Elastizitätsmodule wird eine
unterschiedliche radiale Dehnung erzielt, die zu einer unterschiedlichen
Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingungen in den Kanälen
führt. In diesem Stand der Technik wird aufgezeigt, dass
zur Dämpfung von Resonanzfrequenzen von ca. 100 Hz eine
Zweigleitung mit einer Länge von ca. 1 m erforderlich wäre.
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Weiterhin
wird in der
GB 2 408
553 A ein Dämpfer in einer hydraulischen Strecke
zur Dämpfung von Schwingungen beschrieben, der nach einem
dem Helmholtz-Resonator ähnlichen Prinzip arbeitet, wodurch
dessen Baugröße wesentlich kleiner ausfallen kann.
Hierbei ist die schwingende Masse, die sich in einer Nebenleitung
befindet, maßgebend für die Tilgungsfrequenz.
Dieser in der Verbindungsleitung zwischen Geberzylinder und Nehmerzylinder angeordnete
Dämpfer, der über einen Abzweig bzw. eine Nebenleitung
mit dieser verbunden ist, ist teilweise mit Fluid gefüllt,
wobei der mit Fluid befüllte Raum vom nicht mit Fluid befüllten Raum
durch zwei miteinander in Wirkverbindung stehende Membranen abgetrennt
wird. Diese Membranen bestehen aus unterschiedlichen Werkstoffen
und besitzen damit unterschiedliche Elastizitätsmodule.
Im Betrieb erregt das sich in der hydraulischen Strecke befindende Fluid
das im Dämpfer sich befindende Fluid, wobei die beiden
Membranen auf Grund ihrer unterschiedlichen Elastizitätsmodule
unterschiedlich die Schwingungen reflektieren. Gleichzeitig werden
ihre Flächen bzw. Teilbereiche ihrer Flächen in
vertikaler Richtung unterschiedlich ausgelenkt. Dabei wirkt der mit
Luft ausgefüllte Raum unterhalb der beiden Membranen zusätzlich
als Puffer und unterstützt damit die Dämpfungswirkung.
Durch diese zusätzliche Wirkung kann die Baugröße
des Dämpfers zur Abstimmung auf die Eigenfrequenz der hydraulischen
Strecke entsprechend verkleinert werden.
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Nunmehr
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Unterdrückung
von Eigen-Resonanzen in einer hydraulischen Strecke zu schaffen,
deren Frequenz auf die Anregungsfrequenz des jeweils eingesetzten
Antriebsmotors abstimmbar ist und eine geringe Baugröße
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Anordnung zur Unterdrückung von
Eigen-Resonanzen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach
umgrenzt die in einer hydraulischen Strecke zur Kupplungsbetätigung
eingesetzte Anordnung als Zweigleitung eine Fluidsäule,
deren Volumen innerhalb ihrer Umgrenzung variierbar ist. Die Abstimmung
der Frequenz der Anordnung auf den jeweils eingesetzten Motor mit
der entsprechenden Anzahl an Zylindern erfolgt somit über
die Geometrie und Länge der Fluidsäule.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse
mit einem verstärkten Boden zur Einbringung einer Bohrung
versehen und weist im Innern einen Hohlraum auf. Dabei entspricht die
Länge dieser Bohrung einer Teillänge der Druckleitung.
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Zur
Herstellung einer hydraulischen Verbindung zwischen Druckleitung
und Zweigleitung bzw. erfindungsgemäßer Anordnung
ist es besonders vorteilhaft, dass die Fluidsäule in der
Anordnung über eine senkrecht zur Bohrung in Richtung Hohlraum verlaufende
Durchlassbohrung mit der Teillänge der Druckleitung in
Wirkverbindung steht. Auf diese Weise ist es möglich, dass
in der Druckleitung eingetragene Schwingungen in die mit Fluid gefüllte
Anordnung gelangen.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, dass im Hohlraum des Gehäuses
mindestens eine Scheibe parallel zum Gehäuseboden angeordnet
ist, in deren Stirnfläche eine als Nut ausgebildete Vertiefung
eingearbeitet ist, die sich von einem Anfangspunkt über
eine vorgegebene Länge bis zu einem Endpunkt erstreckt.
Dabei bildet die von einem in Umfangsnähe der Scheibe liegenden
Anfangspunkt ausgehende Nut bis zum Endpunkt eine Spirale oder eine
mäanderartige Form. Allerdings kann auch eine andere Form
gewählt werden, die jedoch keinen in sich geschlossenen
Kreis bilden darf. Diese Nut bildet die Umgrenzung für
die Fluidsäule in der Anordnung, durch deren Form die eindringenden
Schwingungen zwangsgeführt werden. Bei der Wahl der Form
sollte allerdings darauf geachtet werden, möglichst Hindernisse
in der Nut für die Strecke der Schwingen zu vermeiden,
da diese zu ungewollten und unkalkulierbaren Reflexionen führen.
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In
vorteilhafter Weise fällt der Endpunkt dieser Nut mit einer
im Zentrum der Scheibe vorgesehenen Durchlassbohrung zusammen. Über
diese Durchlassbohrung steht die Fluidsäule in der Nut
mit dem weiteren im Hohlraum des Gehäuses befindlichen
Fluid in Verbindung.
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Am
anderen Ende der Nut, ihrem Anfangspunkt, steht dieser mit der im
Gehäuse eingebrachten Durchlassbohrung als Abgriffsbohrung
von der Druckleitung in Wirkverbindung. Dabei ist es besonders vorteilhaft,
wenn die Durchmesser der Durchlassbohrungen von Gehäuse
und Scheibe der Breite der Nut angepasst sind.
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Zur
Realisierung einer weiteren Möglichkeit der Abstimmung
der Anordnung mit der Eigen-Resonanz in der hydraulischen Strecke
ist die Abgriffsbohrung in einer zweiten Scheibe als Abgriffscheibe
vorgesehen, die zwischen der ersten Scheibe und dem verstärkten
Gehäuseboden angeordnet ist und mit ihrer Bodenfläche
auf der Stirnfläche der ersten Scheibe aufliegt. Allerdings
kann je nach Anwendungsfall auch auf diese Abgriffscheibe verzichtet
werden, so dass eine Verbindung zwischen der Druckleitung und der
Scheibe direkt über die im Gehäuse vorgesehene Durchlassbohrung
realisiert wird. Zur Verlängerung der zwangsgeführten
Fluidsäule innerhalb der Anordnung ist es auch denkbar,
mehrere mit jeweils einer Nut versehene Scheiben übereinander
im Gehäuseinnern anzuordnen, wobei jeweils eine Bodenfläche
auf der Stirnfläche der nachfolgenden Scheibe aufliegt. Über
eine entsprechend positionierte und senkrecht zur Laufrichtung der
jeweiligen Nut angeordnete Durchlassbohrung sind diese Scheiben
hydraulisch miteinander verbindbar.
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Zur
Abstimmung der Eigen-Resonanz der erfindungsgemäßen
Anordnung mit der Eigenfrequenz der hydraulischen Strecke ist es
besonders vorteilhaft, für verschiedene Motoren nur eine
Anordnung einzusetzen, mit der diese erfolgen kann. Dazu wird in
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung in der ersten Scheibe
innerhalb der vorgegebenen Länge der Nut in den Nutquerschnitt
eine Abtrennung eingebracht, deren Form dem Querschnitt der Vertiefung angepasst
ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Abtrennung auf
der Bodenfläche der zweiten Scheibe angebracht bzw. in
diese eingebracht ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Fluidsäule
nur in einem Teilbereich der Länge der Nut gebildet wird. Im
Idealfall würde somit die Länge der Nut gleich
der Länge der Fluidsäule entsprechen. Andernfalls
wäre deren Länge größer als
die Länge der Fluidsäule.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbindungen der Erfindung sind Gegenstand
der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer hydraulischen Strecke zum Betätigen
einer Kupplung mit einer erfindungsgemäßen Anordnung,
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2 den
Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung in einer
Schnittdarstellung,
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3 eine
gemäß 2 dargestellte Abgriffscheibe
der Anordnung in einer Draufsicht,
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4 eine
gemäß 2 dargestellte Nutscheibe in
einer Draufsicht,
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5 eine
weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
in einer Schnittdarstellung,
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6 eine
weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
in einer Schnittdarstellung.
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Bei
der Beschreibung der 1 bis 6 werden
für gleiche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt
schematisch eine hydraulische Strecke zur Betätigung einer
Kupplung 24 mit einer erfindungsgemäßen
Anordnung. Diese mit Fluid befüllte hydraulische Strecke
besteht aus einem Geberzylinder 10 und einem Nehmerzylinder 12,
die über eine Druckleitung 14 miteinander verbunden sind.
Der Geberzylinder 10 enthält eine Kolbenstange 16,
die mit einem Kupplungspedal 18 verbunden ist. Bei Kraftbeaufschlagung
des Kupplungspedals 18 wird diese über die Kolbenstange 16 in
die hydraulische Strecke eingeleitet, auf den Nehmerzylinder 12 und
einen mit diesem über eine Kolbenstange 25 in
Verbindung stehenden Ausrückhebel 26 auf ein Ausrücklager 27 übertragen.
Dieses Ausrücklager 27 steht letztendlich mit
der Kupplung 24 in Verbindung, die auf diese Weise geöffnet
bzw. geschlossen werden kann. Die Kupplung 24 wird von
einer Schwungscheibe 30 angetrieben, die mit einer mit dem
Antriebsmotor verbundenen Kurbelwelle 32 in Verbindung
steht. In einem Kupplungsgehäuse 23 sind die Kupplung 24,
das Ausrücklager 27, die Kurbelwelle 32 und
der mit dem Ausrücklager 27 in Verbindung stehende
Teil des Ausrückhebels 26 untergebracht.
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In
die den Geberzylinder 10 und Nehmerzylinder 12 verbindende
Druckleitungsstrecke 14 ist eine Anordnung zur Unterdrückung
von Eigen-Resonanzen integriert, die Schwingungen in der hydraulischen
Strecke dämpfen soll und daher in der weiteren Beschreibung
als Dämpfer 40 bezeichnet wird.
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Der
Aufbau dieses Dämpfers 40 wird anhand der 2 näher
erläutert. Diese zeigt eine mögliche Ausgestaltung
des Dämpfers 40 in einer Schnittdarstellung. Der
Dämpfer 40 wird aus einem Gehäuse 42 gebildet,
das einen Rotations- oder Rechteckkörper darstellen kann.
In diesem Beispiel ist der Dämpfer 40 als Rotationskörper
ausgeführt. Das Gehäuse 42 weist an einem
Ende einen verstärkten Bereich auf, in den eine Durchgangsbohrung 54 eingebracht ist. Über
diese Durchgangsbohrung 54 ist der Dämpfer 40 direkt
in die Druckleitung 14 eingebunden, d. h. er wird Teil
der Druckleitung 14. Senkrecht zu dem verstärkten
Boden ist das Gehäuse 42 mit einer Grundlochbohrung
versehen, so dass im Innern des Gehäuses 42 ein
Hohlraum entsteht. Dieser Hohlraum steht über eine in den
verstärkten Bereich des Gehäuses eingebrachte
Durchlassbohrung 42b mit der Durchgangsbohrung 54 und
damit mit dem sich in der Druckleitung 14 befindenden Fluid
in Verbindung. In diesem Hohlraum befinden sich die eigentlichen schwingungsdämpfenden
Bauteile, wie eine Abgriffscheibe 44 und eine Nutscheibe 46,
die mit einem elastischen Element 48 in Wirkverbindung
stehen. Diese Abgriffscheibe 44 liegt mit ihrer oberen
Stirnfläche direkt am verstärkten Boden des Gehäuses 42 an.
Im Bereich der Durchlassbohrung 42b des Gehäuses 42 weist
diese obere Stirnfläche eine Verbindungskammer 44a auf,
die in eine senkrecht dazu verlaufende Zulaufbohrung 44b einmündet.
An der unteren Stirnfläche, der Bodenfläche 44c,
dieser Abgriffscheibe 44 liegt die Nutscheibe 46 an,
die durch das den Hohlraum des Gehäuses 42 begrenzende elastische
Element 48, das beispielsweise durch eine Schraubverbindung
mit dem Gehäuse 42 verbunden ist, an die Abgriffscheibe 44 und
somit auch an den verstärkten Boden des Gehäuses 42 gedrückt
wird. Zur Vorgabe eines bestimmten Weges für die in das Fluid
eingetragenen Schwingungen ist die Nutscheibe 46 in diesem
Beispiel mit einer spiralförmigen Nut 46a versehen,
wie aus der 4 ersichtlich ist. Allerdings
kann die Nut 46a auch mäanderförmig ausgeführt
sein oder einen nicht geschlossenen Weg beschreiben. Wichtig ist,
dass diese Nut 46a in einer Durchlassbohrung 46b endet, über
die eine Verbindung zum Hohlraum des Gehäuses 42 herstellbar
ist. Das den Hohlraum begrenzende, im Wesentlichen als Hohlzylinder
ausgeführte elastische Element 48 weist unter
anderem zur Erhöhung seiner Elastizität zwischen
den Endbereichen einen Zwischenboden 48c auf, durch den
der verbleibende Hohlraum in eine obere Kammer 48a und
eine untere Kammer 48b unterteilt wird, wobei gleichzeitig
eine Abtrennung vom Fluid führenden zum mit Luft gefüllten
Bereich erzielt wird. Da die Abgriffscheibe 44 und die Nutscheibe
jeweils mit Durchgangsbohrungen 44b und 46b versehen
sind, kann sich das Fluid der hydraulischen Strecke, ausgehend von
der Durchgangsbohrung 54, über die Durchlassbohrung 42b weiter über
die Zulaufbohrung 44b in die Nut 46a bis letztendlich
in die obere Kammer 48a des Dämpfers 40 ausbreiten.
Das sich in der oberen Kammer 48a befindende Fluid dient
dabei gleichzeitig als Speichervolumen. Zur Abdichtung des elastischen
Elements 48 gegenüber dem Gehäuse 42 ist
der Umfang des elastischen Elements 48 mit einer Nut versehen,
in die eine Dichtung 52 in Form beispielsweise eines O-Ringes
eingebracht ist. In der unteren, fluidleeren Kammer 48b ist
eine Druckfeder 50 vorgesehen, durch deren Wahl und damit
deren Steifigkeit zusätzlich die Steifigkeit des Zwischenbodens 48c des
elastischen Elements 48 beeinflussbar ist. Insbesondere
der Zwischenboden 48c des elastischen Elements 48 hat
die Funktion einer Membrane.
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Die
untere Kammer 48b bzw. das Gehäuse 42 wird
mittels eines Gehäusedeckels 42a verschlossen.
Das Gehäuse 42 mit dem Gehäusedeckel 42a kann
sowohl aus metallischem als auch aus nicht metallischem Werkstoff
bzw. aus Kunststoff hergestellt sein. Die beiden Scheiben 44, 46 bestehen
jeweils aus Metall. Das elastische Element 48 kann außer
aus Kunststoff auch aus Gummi hergestellt sein.
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Wie
bereits erwähnt, werden über die Kupplung 24 vom
Motor bzw. der Kurbelwelle 32 ausgehende Schwingungen in
die hydraulische Strecke eingetragen, die über die Druckleitung 14 letztendlich auf
das Kupplungspedal 18 übertragen werden. Durch
den in die hydraulische Strecke integrierten Dämpfer 40 gelangen
diese über die Durchlassbohrung 42b auch zu dessen
Dämpfungselementen, so dass sich die Schwingungen über
die Zulaufbohrung 44b in der Nut 46a der Nutscheibe 46 fortpflanzen können. Über
die Zulaufbohrung 46b werden sie in die obere Kammer 48a transportiert,
wo sie am Zwischenboden 48c reflektiert werden. Je nach
Steifigkeit des elastischen Elements 48, insbesondere dessen
Zwischenbodens 48c, wird dabei ein Teil der Translationsenergie
der Schwingung vernichtet bzw. werden die reflektierenden Schwingungen
den ankommenden Schwingungen überlagert, so dass sich diese
im Idealfall gegenseitig auslöschen. Die Länge der
Nut 46a von der Zulaufbohrung 44b bis zur Durchlassbohrung 46b ist
dazu auf die jeweilige Eigenfrequenz des Systems abzustimmen.
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Die 3 zeigt
eine Abgriffscheibe 44 in einer Draufsicht. Die Stirnfläche
der Abgriffscheibe 44 ist in diesem Beispiel zur Herstellung
einer Leitungsverbindung zwischen der Durchlassbohrung 42b und damit
der Druckleitung 14 und den Dämpfungselementen
mit einer Verbindungskammer 44a in Form einer Nut versehen.
Diese Nut mündet in einer Zulaufbohrung 44b, über
die die in der hydraulischen Strecke eingetragenen Schwingungen
in die Nut 46a der Nutscheibe 46 weitergeleitet
werden können.
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Die 4 zeigt
die Draufsicht auf die Nutscheibe 46. Hieraus ist ersichtlich,
dass die Nutscheibe 46 mit einer Nut 46a in Form
einer Spirale versehen ist, die einen Anfangs- und einen Endpunkt
aufweist. Der Anfangspunkt der Nut 46a wird von der Position
der Zulaufbohrung 44b bestimmt. Der Endpunkt der Nut 46a wird
durch die Position der durch die Nutscheibe 46 verlaufenden
Durchlassbohrung 46b gebildet, die in diesem Beispiel vorzugsweise
in deren Zentrum angeordnet ist.
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Die 5 und 6 zeigen
weitere Gestaltungsmöglichkeiten des Dämpfers 40.
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Die 5 zeigt
einen Dämpfer gemäß 2,
der sich von dieser darin unterscheidet, dass sowohl der Gehäusedeckel 42a als
auch die Druckfeder 50 zur Beeinflussung der Steifigkeit
des elastischen Elements 48 weggefallen sind.
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In
diesem Beispiel übernimmt das elastische Element 48 gleichzeitig
die Funktion des Deckels, indem es über Verbindungselemente,
wie beispielsweise Schrauben, mit dem Gehäuse 42 verbunden
wird. Die Steifigkeit des Zwischenbodens 48c wird dabei lediglich
vom eingesetzten Material bestimmt.
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Eine
besonders platzsparende Variante des Dämpfers zeigt die 6.
Hierbei ist das Gehäuse 42 so ausgebildet, dass
es gleichzeitig die Funktion der Abgriffscheibe 44 übernimmt, indem
die Durchlassbohrung 42b so positioniert ist, dass sie
mit der Position des Anfangspunktes der Nut 46a zusammenfällt.
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Die
Funktionsbeschreibung dieser 5 und 6 ist
dabei analog zu der in 2.
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- 10
- Geberzylinder
- 12
- Nehmerzylinder
- 14
- Druckleitung
- 16
- Kolbenstange
- 18
- Kupplungspedal
- 23
- Kupplungsgehäuse
- 24
- Kupplung
- 25
- Kolbenstange
- 26
- Ausrückhebel
- 27
- Ausrücklager
- 30
- Schwungscheibe
- 32
- Kurbelwelle
- 40
- Anordnung
zur Unterdrückung von Eigen-Resonanzen/Dämpfer
- 42
- Gehäuse
- 42a
- Gehäusedeckel
- 42b
- Durchlassbohrung
- 44
- Abgriffscheibe
- 44a
- Verbindungskammer
- 44b
- Zulaufbohrung
- 44c
- Bodenfläche
der Abgriffscheibe
- 46
- Nutscheibe
- 46a
- Nut
- 46b
- Durchlassbohrung
- 46c
- Stirnfläche
Nutscheibe
- 48
- elastisches
Bauteil
- 48a
- obere
Kammer
- 48b
- untere
Kammer
- 48c
- Zwischenboden
- 50
- Druckfeder
- 52
- Dichtung
- 54
- Bohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1475701 [0003]
- - GB 2408553 A [0004]