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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nabenteiles und eines Schwungringes für einen Drehschwingungsdämpfer, wobei bei dem Drehschwingungsdämpfer der Schwungring das Nabenteil ringförmig umgibt.
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Drehschwingungsdämpfer dienen der Reduzierung von Dreh- oder Torsionsschwingungen, welche beispielsweise in mechanischen Antriebssystemen durch eine ungleichmäßige Kraftübertragung vom Kolben eines Motors auf die Kurbelwelle entstehen. Derartige Schwingungen können zu Geräuschentwicklungen, Verschleiß bis hin zu einem Versagen einzelner Bauteile führen und sind daher unerwünscht. Zur Dämpfung der Schwingungen können Drehschwingungsdämpfer eingesetzt werden, welche im Allgemeinen ein Nabenteil und einen Schwungring, welcher über eine Dämpfungsmasse mit dem Nabenteil verbunden ist, aufweisen.
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Für eine gute Dämpfungseigenschaft soll der Schwungring eine relativ große Masse aufweisen, so dass der Schwungring häufig aus einem anderen, dickeren Material als das Nabenteil gefertigt wird.
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Ein Drehschwingungsdämpfer und ein Verfahren zu seiner Herstellung sind beispielsweise aus der
DE 44 08 427 A1 bekannt. Dabei wird ein ringförmiger Werkstoffkörper aus Metall durch Kaltverformung zu einem profilierten Schwungring umgeformt und mittels eines Federkörpers aus elastomerem Werkstoff an einem Nabenring festgelegt.
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Ein weiterer Drehschwingungsdämpfer ist aus der
DE 20 2006 019 367 U1 bekannt. Der Schwungring dieses Drehschwingungsdämpfers besteht aus einem zylinderförmigen Metallblechkörper, der eine innere und eine hierauf gefaltete äußere Lage aufweist.
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Aus der
DE 39 38 033 A1 geht ein Verfahren zur Herstellung eines Drehschwingungsdämpfers hervor. Ein kreisscheibenförmiger Ring wird zu einem Schwungring umgeformt. Der Schwungring wird anschließend mit einem inneren ringscheibenförmigen Nabenteil verbunden.
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Aus der
DE 42 41 156 C1 geht ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Drehschwingungsdämpfers mit napfförmigem Nabenteil hervor. Aus einem Ausgangswerkstück werden ein napfförmiger Nabenbereich und ein Schwungringbereich gebildet. Um ein positionsgenaues Verbinden von Nabenteil und Schwungringteil mittels Gummimasse zu gewährleisten, sind beide Teile zunächst einstückig mit einem Verbindungssteg und einem ringförmigen Spalt ausgebildet. Der ringförmige Spalt wird mit Gummimasse als Dämpfungsmaterial verfüllt, wodurch die beiden Teile miteinander verbunden sind. Anschließend wird der Verbindungssteg abgetrennt, welcher Materialabfall darstellt.
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Im Hinblick auf die zu dämpfenden Schwingungen müssen Schwungring und Nabenteil hinsichtlich ihrer Dimensionierung genau aufeinander abgestimmt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Schwungringes und eines Nabenteiles für einen Drehschwingungsdämpfer anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine rondenförmige Platine bereitgestellt wird, dass die Platine zu einer Vorform mit einem napfförmigen Innenbereich und einem sich radial erstreckenden, ringförmigen Außenbereich tiefgezogen wird, dass der Außenbereich von dem Innenbereich abgetrennt wird, wobei ein Ringkörper und ein napfförmiger Körper gebildet werden, und dass der Ringkörper zu dem Schwungring und der napfförmige Körper zu dem Nabenteil gefertigt wird. Der Schwungring wird üblicherweise über eine elastische dämpfende Zwischenschicht an dem Nabenteil festgelegt.
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Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Nabenteil und Schwungring nicht, wie bei bekannten Verfahren, aus separaten Werkstücken herzustellen, sondern aus einem gemeinsamen Ausgangswerkstück. Dieses Ausgangswerkstück ist eine rondenförmige Platine, welche auch als Ronde oder allgemein als Blechzuschnitt bezeichnet werden kann. Unter einer rondenförmigen Platine kann insbesondere eine kreisförmige, ebene Scheibe verstanden werden. Vorzugsweise besteht diese aus Blech, insbesondere einem Kaltumformstahl.
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Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, die Platine zunächst in einem Tiefziehprozess umzuformen. Bei diesem Tiefziehprozess wird der Außendurchmesser der Platine reduziert und es wird eine Vorform mit einem napf- oder topfförmigen Innenbereich und einem flanschartigen Außenbereich gebildet. Anschließend wird von der gebildeten Vorform der Außenbereich abgetrennt, welcher dann zum Schwungring umgeformt wird. Dies kann durch Stanzen oder Laserschneiden erfolgen. Der verbleibende Innenbereich wird zu dem Nabenteil des Drehschwingungsdämpfers umgeformt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann aus einem kreisförmigen Werkstück im Wesentlichen ohne Materialverlust ein Nabenteil und ein Schwungring hergestellt werden, welche schließlich zu dem Drehschwingungsdämpfer endgefertigt werden können.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Bilden des Ringkörpers der Außenbereich mit einem Innendurchmesser abgetrennt wird, welcher dem Innendurchmesser des zu bildenden Schwungringes entspricht, und dass beim Tiefziehen der Außendurchmesser der Platine und damit des Außenbereichs definiert verringert wird, so dass der Ringkörper eine gewünschte Masse des zu bildenden Schwungringes aufweist. Das Tiefziehen der Platine erfolgt also unter Beachtung von zwei Kriterien: Erstens muss der abzutrennende Außenbereich der Vorform derart dimensioniert sein, dass sich durch Abtrennung ein Ringkörper mit einem Innendurchmesser bilden lässt, welcher dem Innendurchmesser des zu bildenden Schwungringes entspricht; und zweitens muss die Platine so weit tiefgezogen werden, dass der Außendurchmesser der entstehenden Vorform so weit reduziert wird, dass nach Abtrennung des Außenbereichs eine definierte Masse des Ringkörpers und damit des zu bildenden Schwungringes erzielt wird. Hinsichtlich des Innendurchmessers des abgetrennten Ringkörpers ist zu beachten, dass bei einem nachfolgenden Umformen dieser Innendurchmesser praktisch kaum verändert werden kann. Der Grad des Tiefziehens und die radiale Ausdehnung des Außenbereichs müssen also aufeinander abgestimmt werden.
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Im Hinblick auf das Tiefziehen ist es besonders bevorzugt, wenn die Platine in mindestens zwei Zügen tiefgezogen wird. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass das Tiefziehen mit mindestens zwei unterschiedlichen Bearbeitungswerkzeugen, beispielsweise unterschiedlichen Stempeln und Matrizen, erfolgt. Das Tiefziehen in mehreren Zügen erlaubt es zum einen, den Durchmesser der Platine - selbst bei besonders hartem Werkstoff - signifikant zu reduzieren, um einen gewünschten Außendurchmesser des ringförmigen Außenbereichs zu erzielen. Zum anderen kann hierdurch eine Geometrie des Innenbereichs erzielt werden, welche in einem einzigen Tiefziehvorgang nicht oder nur mit erheblichem Aufwand erreichbar wäre. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein napfförmiger Innenbereich gebildet wird, welcher einen etwa kreisförmigen Bodenbereich und einen im Wesentlichen zylinder- oder kegelstumpfförmigen Seitenbereich aufweist. Ein so gestalteter Innenbereich bildet eine günstige Ausgangsform zur Fertigung des Nabenteils.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass der Ringkörper zur Fertigung des Schwungringes in mindestens einem Umformschritt umgeformt wird. Unter einem Umformschritt wird insbesondere ein nicht-spanendes Fertigungsverfahren verstanden. In der Regel wird dabei der Außendurchmesser verringert und das dabei anfallende Material zur Veränderung oder Verdickung der Querschnittskontur eingesetzt. Die Umformung des Ringkörpers kann insbesondere durch Kaltverformung erfolgen. Durch die Umformung wird das eingesetzte Material wirtschaftlich und im Wesentlichen ohne Materialverlust bearbeitet. Insbesondere zur Herstellung komplexerer Formen ist es bevorzugt, mehrere aufeinanderfolgende Umformschritte anzuwenden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Ringkörper in einem ersten Umformschritt von einer ersten Ringform mit einem im Wesentlichen reckeckigen Ringquerschnitt in eine zweite Ringform mit einem im Wesentlichen runden Ringquerschnitt umgeformt wird. Der Ringkörper kann direkt nach seiner Abtrennung vom napfförmigen Körper einen rechteckigen Ringquerschnitt mit einer sich in radialer Richtung erstreckenden Längsausdehnung und sich in axialer Richtung erstreckenden Querausdehnung haben. Zur Herstellung des Schwungringes ist es erwünscht, den rechteckigen Ringquerschnitt der ersten Ringform mit radialer Längsausdehnung in einen Ringquerschnitt mit axialer Längsausdehnung umzuformen. Diese Umformung kann vorteilhaft über eine Übergangsform mit einem im Wesentlichen runden Ringquerschnitt erfolgen, wobei unter einem runden Ringquerschnitt insbesondere ein kreisförmiger oder ovaler Ringquerschnitt verstanden werden kann. Der Vorteil der zweiten Ringform mit im Wesentlichen rundem Ringquerschnitt besteht insbesondere darin, dass dieser eine günstige Ausgangsform für die Umformung in den Schwungring oder eine dritte Ringform darstellt.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Ringkörper in einem zweiten Umformschritt von der zweiten Ringform unter Verringerung des Außendurchmessers zu einer dritten Ringform umgeformt wird, welche eine größere axiale Länge aufweist als die zweite Ringform. In dem zweiten Umformschritt wird also eine axial gestreckte Ringform erzeugt. Dabei wird vorzugsweise bereits die axiale Länge des Schwungringes erreicht. Die erste Ringform kann auch als Radialring, die zweite als Rundring und die dritte als Axialring bezeichnet werden.
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Für die Umformung des Ringkörpers kommen grundsätzlich beliebige Umformverfahren in Betracht. Besonders bevorzugt ist es allerdings, dass der Ringkörper in mindestens einem Umformschritt, insbesondere dem ersten und/oder dem zweiten Umformschritt, rolliert wird.
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Rollieren ist dem Fachmann als Umformverfahren grundsätzlich bekannt. Mit einem Rollierwerkzeug können Innen- oder Außenkonturen des Ringkörpers bearbeitet werden. Das Rollierwerkzeug kann insbesondere mehrere Rollen mit definierter Form aufweisen, die umfangsseitig innen- und/oder außen mit dem Ringkörper in Kontakt gebracht werden können. Beim Rollieren handelt es sich um ein nicht-spanendes Bearbeitungsverfahren. Unter Rollieren kann vorliegend insbesondere auch Drücken und/oder Drückwalzen verstanden werden. In bestimmten Fällen ist aber auch eine spanabhebende Bearbeitung zur Konturierung möglich.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass in dem zweiten Umformschritt oder einem weiteren Umformschritt ein Außenprofil und/oder ein Innenprofil in den Ringkörper eingebracht wird. Ein Außenprofil kann dazu dienen, das Auflegen eines Riemens, beispielsweise eines Keil- oder Zahnriemens, zu ermöglichen und diesen sicher zu führen. Ein Innenprofil kann dazu beitragen, den Schwungring wirksam und mit vergrößerter Oberfläche an dem Nabenteil bzw. der elastischen Zwischenschicht zu fixieren. Ein besonders wirtschaftliches Verfahren kann dadurch erzielt werden, dass die Einformung des Außen- und/oder Innenprofils im Wesentlichen gleichzeitig mit einer axialen Streckung des Ringes, insbesondere während der Umformung von der zweiten in die dritte Ringform, erfolgt.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn als Außenprofil ein Poly-V-Profil mit sich in Umfangsrichtung des Ringkörpers erstreckenden Vertiefungen oder eine Querverzahnung eingebracht wird. Ein Poly-V-Profil kann insbesondere für den Einsatz eines Poly-V-Keilriemens vorgesehen sein. Eine Querverzahnung kommt insbesondere für einen Zahnriemen in Betracht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:
- 1: ein Ausgangswerkstück zur Herstellung eines Drehschwingungsdämpfers;
- 2: das Werkstück nach 1 nach einer ersten Umformung;
- 3: das Werkstück nach 1 nach einer zweiten Umformung;
- 4: das Werkstück nach 3 nach Abtrennung eines Außenbereichs von einem Innenbereich; wodurch ein Ringkörper und ein napfförmiger Körper gebildet werden;
- 5: den napfförmigen Körper nach 4;
- 6: den Ringkörper nach 4;
- 1: eine Aufsicht auf einen Ringkörper;
- 8: eine Querschnittsansicht des Ringkörpers nach 7;
- 9: eine Querschnittsansicht des Ringkörpers nach 8 nach einem ersten Umformschritt;
- 10: eine Querschnittsansicht des Ringkörpers nach einem zweiten Umformschritt.
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In den 1 bis 6 ist die Herstellung eines Ringkörpers 30 und eines napfförmigen Körpers 50 für einen Drehschwingungsdämpfer schematisch dargestellt. Ausgangswerkstück zur Herstellung des Ringkörpers 30 und des napfförmigen Körpers 50 ist eine rondenförmige Platine 10, wie sie in 1 schematisch angedeutet ist. In einer Tiefziehvorrichtung wird die Platine 10 über eine Zwischenform 15, welche in 2 dargestellt ist, zu einer Vorform 20 tiefgezogen. Die Vorform 20 ist in 3 dargestellt.
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Zur Herstellung der Vorform 20 wird die Platine 10 in zwei Zügen tiefgezogen, wobei der Durchmesser der Platine 10 jeweils reduziert wird.
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In einem ersten Zug wird eine Zwischenform 15 mit einem kalottenförmigen Innenbereich 16 und einem ringförmigen Außenbereich 28 gebildet. Der kalottenförmige Innenbereich 16 ist im Querschnitt etwa parabel- oder halbkreisförmig geformt.
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In einem weiteren Zug wird die Zwischenform 15 zu der Vorform 20 tiefgezogen. Bei dieser Umformung wird der Außendurchmesser des ringförmigen Außenbereichs 28 der Zwischenform 15 reduziert und aus dem muldenförmigen Innenbereich 16 ein napfförmiger Innenbereich 22 geformt. Der gebildete napfförmige Innenbereich 22 weist einen etwa kreisförmigen Bodenbereich 24 und einen konischen Seitenbereich 26 auf. Der napfförmige Innenbereich 22 kann dabei bereits entsprechend der gewünschten Form des Nabenteiles des Drehschwingungsdämpfers zumindest teilweise ausgebildet sein.
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Nachdem die Platine 10 zu der gewünschten Vorform 20 tiefgezogen ist, wird der napfförmige Innenbereich 22 ausgestanzt, so dass ein Ringkörper 30 und ein napfförmiger Körper 50 gebildet werden. Eine Abtrennung des Innenbereichs 22 vom Außenbereich 28 ist schematisch in 4 angedeutet. Das Abtrennen kann grundsätzlich auf beliebige Weise erfolgen, wobei Stanzen ein bevorzugtes Trennverfahren darstellt.
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5 zeigt schematisch einen napfförmiger Körper 50; ein Ringkörper 30 in 6 angedeutet.
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Der Ringkörper 30 wird nun in einem oder mehreren Fertigungsschritten zu dem Schwungring 40 und der napfförmige Körper 50 zu dem Nabenteil gefertigt.
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7 zeigt eine Aufsicht auf einen Ringkörper 30, der durch Abtrennung des Außenbereichs 28 von dem napfförmigen Innenbereich 22 der Vorform 20 entstanden ist. Der Ringkörper 30 ist eine im Wesentlichen kreisringförmige Scheibe mit einem Innendurchmesser, der bereits im Wesentlichen dem Innendurchmesser des zu bildenden Schwungringes 40 entspricht.
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8 zeigt eine Schnittansicht des Ringkörpers 30 aus 7. Der Ringkörper 30 hat einen rechteckförmigen Querschnitt, dessen Längsausdehnung sich radial und dessen kürzere Querausdehnung sich axial erstreckt. Diese Form des Ringkörpers 30 wird als erste Ringform 32 bezeichnet.
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In einem ersten Umformschritt wird der Ringkörper 30 mit der ersten Ringform 32 in einen Ringkörper 30 mit einer zweiten Ringform 34 umgeformt. Der Ringkörper 30 mit der zweiten Ringform 34 weist einen runden, insbesondere im Wesentlichen kreisförmigen, Ringquerschnitt auf. Der Ringkörper 30 wird bei der Umformung von der ersten Ringform 32 in die zweite Ringform 34 axial gestreckt, wobei der Innendurchmesser im Wesentlichen konstant bleibt. Zur Umformung von der ersten Ringform 32 in die zweite Ringform 34 wird der Ringkörper 30 mit einem geeigneten Rollierwerkzeug rolliert. Vorzugsweise wird ein erstes Rollierwerkzeug mit zwei Rollen verwendet. Ein Ringkörper 30 mit einer zweiten Ringform 34 ist in 9 dargestellt.
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In einem weiteren Umformschritt wird der Ringkörper 30 mit der zweiten Ringform 34 in einen Ringkörper 30 mit einer dritten Ringform 36 umgeformt. Der Ringkörper 30 mit der dritten Ringform 36, welcher in 10 dargestellt ist, bildet gleichsam den fertigen Schwungring 40. Bei dieser Umformung wird der Ringkörper 30 weiter axial gestreckt, wobei sein Außendurchmesser verringert wird. Gleichzeitig bleibt sein Innendurchmesser weiterhin im Wesentlichen konstant. Zur Durchführung des zweiten Umformschritts wird vorzugsweise ein zweites Rollierwerkzeug verwendet, welches drei Rollen aufweist.
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In dem zweiten Umformschritt oder in einem weiteren Umformschritt kann in den Ringkörper 30 ein Innenprofil 44 eingebracht werden. Das Innenprofil 44 kann beispielsweise eine wellenförmige oder glockenförmige Gestalt aufweisen. In der Ausführungsform nach 10 umfasst das Innenprofil 44 einen umlaufenden, etwa halbkreisförmigen Wulst, welcher sich in Axialrichtung des Ringkörpers 30 etwa mittig befindet. Das Einbringen des Innenprofils 44 kann durch eine entsprechende Gestaltung der Rollen des Rollierwerkzeugs erfolgen, welche zur innenseitigen Verformung des Ringkörpers 30 eingesetzt werden.
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Weiterhin kann in dem zweiten Umformschritt oder einem weiteren Umformschritt ein Außenprofil 42 in den Ringkörper 30 eingebracht werden. Das Außenprofil 42 ist in der Darstellung nach 10 als Poly-V-Profil mit sich in Umfangsrichtung des Ringkörpers 3 erstreckenden Vertiefungen ausgebildet. Ein derartiges Poly-V-Profil eignet sich insbesondere zur Aufnahme eines entsprechend gestalteten Keilriemens.
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Zur Herstellung des Drehschwingungsdämpfers wird weiterhin der napfförmige Körper 50 in ein Nabenteil umgeformt. Diese Bearbeitung erfolgt auf grundsätzlich bekannte Weise, beispielsweise durch Rollieren des Außenumfangs, Stanzen etc.. Das fertige Nabenteil weist im Allgemeinen ein Lochbild zur Befestigung an einer Welle auf.
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Nachdem Nabenteil und Schwungring hergestellt sind, werden diese zum Drehschwingungsdämpfer montiert, indem der Schwungring 40 mittels einer elastischen Zwischenschicht an dem Nabenteil befestigt wird. Die elastische Zwischenschicht kann beispielsweise Gummi, Kautschuk, Silikon oder einen anderen geeigneten Elastomerwerkstoff aufweisen und gegebenenfalls noch weitere Komponenten umfassen.
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Insgesamt kann mit dem beschriebenen Verfahren auf effiziente und wirtschaftliche Weise ein Drehschwingungsdämpfer hergestellt werden.
