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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von
Drehmomenten nach der im Oberbergriff von Anspruch 1 näher
definierten Art.
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Vorrichtungen
zur Übertragung von Drehmomenten, welche auch Drehschwingungen
dämpfen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und
werden üblicherweise in Antriebssträngen eingesetzt,
um Drehschwingungen beziehungsweise Torsionsschwingungen, welche
bei drehmomentstarken und verbrauchsoptimierten Motoren in erhöhtem Maße
im Betriebsbereich des Motors auftreten, zu dämpfen, bevor
diese in ein am Motor angeschlossenes Getriebe gelangen. Beispielhaft
soll hierzu auf die elastische Kupplung gemäß der
DE 38 20 998 C1 oder
den durch die
DE 198
30 208 A1 beschriebenen Aufbau verwiesen werden.
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Ein
entsprechender Aufbau einer elastischen Kupplung, insbesondere eines
Zweimassenschwungrads für eine Brennkraftmaschine in vergleichbarer
Art ist außerdem aus der
DE 102 41 103 A1 bekannt. Bei diesem Aufbau
ist ein rotierendes Primärteil über eine Federkopplung
und eine Dämpfungskopplung mit einem Sekundärteil
gekoppelt. Die Federkopplung und die Dämpfungskopplung
sind dabei in getrennt voneinander angeordneten Räumen
untergebracht, sodass über die Federkopplung und die bei
den Federn einstellbaren Parameter, insbesondere die Federkennlinie,
bei kleinen Verdrehwinkeln eine Schwingungsisolation erzielt wird,
ohne dass die Dämpfungsfunktion in Richtung des übertragenen
Drehmoments bereits einsetzt. Dies gilt insbesondere für
kleine Verdrehwinkel von in etwa ±2° der Primärseite
relativ zur Sekundärseite. Kommt es zu größeren
Relativwinkeln, so wird die Dämpfungskopplung aktiviert,
indem die bisher frei schwimmende Dämpfungsscheibe durch
seitliche Anschläge entsprechend verdreht wird. Damit kommt
es zu einer Strömung des Dämpfungsmediums, typischerweise speziellen
temperaturstabilen Fetten oder Ölen von der einen Seite
der Dämpfungskammer in die andere Seite, wobei das Dämpfungsmedium
Drosselstellen passiert. Durch eine geeignete Wahl der Viskosität des
Dämpfungsmediums sowie des Strömungsquerschnitts
der Drosselstellen lässt sich so die Dämpfung
des übertragenen Drehmoments ideal beeinflussen. Es ist
dabei auch denkbar, die Dämpfung in Abhängigkeit
des Verdrehwinkels von Primärteil zu Sekundärteil
entsprechend zu beeinflussen, indem der Drosselspalt sich durch
die Relativbewegung dieser beiden Teile zueinander entsprechend ändert, beispielsweise
verengt oder erweitert.
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Diese
Bauteile sind im Markt auch unter der Markenbezeichnung Hydrodamp
bekannt. Sie weisen eine im Wesentlichen sehr gute Funktionalität auf,
haben jedoch den Nachteil, dass sie Drehschwingungen, insbesondere
in den Bereichen geringer Dämpfung, nicht vollständig
eliminieren können.
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Neben
derartigen elastischen Kupplungen mit Dämpfung sind auch
sogenannte Tilger bekannt, welche Drehschwingungen tilgen, ohne
selbst eine drehmomentübertragende Funktion zu haben. Diese Tilger
werden dabei typischerweise auf die Welle aufgesetzt. So beschreibt
die
DE 103 46 253
A1 beispielsweise einen Schwingungstilger, welcher zum Tilgen
der Torsionsschwingungen von Nockenwellen eingesetzt werden kann.
Der Aufbau ist dabei so gewählt, dass Masseelemente mit
zunehmender Rotation nach außen, in diesem Fall gegen eine
Kulisse gedrückt werden und durch die Bewegung entlang dieser
Kulisse ein sich über den Winkel der Rotation veränderndes
Trägheitsmoment des Schwingungstilgers und damit der rotierenden
Welle einstellt. Auf diese Art werden Torsionsschwingungen der Welle getilgt
oder zumindest deutlich minimiert. Ein vergleichbarer Aufbau mit
sich aufgrund der Fliehkraft nach außen schiebenden Masseelementen
ist auch in der
DE
199 14 871 C2 beschrieben.
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Die
Problematik bei derartigen Vorrichtungen liegt nun darin, dass diese
an entsprechenden Stellen auf der Welle aufgesetzt werden müssen
und somit einen vergleichsweise großen Bauraum und eine entsprechend
große Länge der Welle erforderlich machen. Dies
ist aus Gründen des Packagings und gegebenenfalls auch
aufgrund von Biegemomenten der dann verlängerten Welle
nachteilig.
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Es
ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten zu verbessern, um Drehschwingungen noch
besser eliminieren zu können.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten
Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben
sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die
eingangs beschriebene elastische oder hochelastische Kupplung mit
Federkopplung und hydraulischer Dämpfung wird erfindungsgemäß um
ein Masseelement als Fliehkraftpendel ergänzt. Über
die Elastizität der Kupplung und die hydraulische Dämpfung
können in an sich bekannter Art und Weise sehr erfolgreich
auftretende Drehschwingungen in Richtung des übertragenen
Drehmoments gedämpft werden. Der erfindungsgemäße
Aufbau mit dem Masseelement als Fliehkraftpendel ist darüber
hinaus in der Lage, zusätzlich Drehschwingungen zu tilgen,
indem das Fliehkraftpendel beim Auftreten von Drehschwingungen ausgelenkt
wird und aufgrund seiner Trägheit hinter der schwingenden
Masse der restlichen Vorrichtung hereilt. Durch eine entsprechende Veränderung
der Position des Masseelements kann so eine Tilgung in an sich bekannter
Art und Weise bewirkt werden. Dafür kann das Masseelement
insbesondere in radialer Richtung in seiner Position verändert
werden, sodass sich insgesamt das Trägheitsmoment der gesamten
Vorrichtung verändert und diese Veränderung den
auftretenden Drehschwingungen entgegenwirkt. Außerdem kann
eine Veränderung der Position in Umfangsrichtung Ähnliches erzielen.
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Der
physikalische Effekt der Tilgung, welche typischerweise nicht im
Kraftfluss beziehungsweise in der Drehmomentübertragung
erfolgt, ist dabei an sich bekannt, sodass hierauf nicht näher
eingegangen wird. Der Aufbau mit Integration eines Masseelements
in die elastische oder hochelastische Kupplung als Vorrichtung zur Übertragung
von Drehmomenten mit ihrer Federkopplung und der hydraulischen Dämpfung
erlaubt es somit, einen Aufbau zu realisieren, welcher jede Art
von Drehschwingungen weitestgehend zu eliminieren vermag. Er ist
dabei außerordentlich kompakt und einfach, sodass ohne zusätzliche
eigenständige Tilger ein besonders effizienter Antriebsstrang
erzielt werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ergeben sich ferner aus den Ausführungsbeispielen,
welche nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert
sind.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
prinzipmäßig dargestellten Antriebsstrang mit
einer Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten;
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2 einen
Querschnitt durch die Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten;
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3 einen
Längsschnitt gemäß der Linie III-III
in 2;
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4 eine
erste mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung;
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5 einen
Längsschnitt gemäß der Linie V-V in 4;
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6 verschiedene Möglichkeiten
zur konstruktiven Ausgestaltung von Verbindungsmitteln für die
erste mögliche Ausführungsform;
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7 eine
zweite mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung;
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8 einen
Längsschnitt gemäß der Linie VIII-VIII
in 7;
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9 eine
dritte mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung;
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10 eine
vierte mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung;
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11 einen
Längsschnitt gemäß der Linie XI-XI in 10;
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12 verschiedene Möglichkeiten
zur Anordnung des Massenelements in der vierten möglichen
Ausführungsform;
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13 eine
fünfte mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung;
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14 einen
Längsschnitt gemäß der Linie XIV-XIV
in 13;
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15 eine
sechste mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung;
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16 eine
siebte mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung;
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17 eine
Seitenansicht der siebten Ausführungsform;
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18 eine
Alternative der siebten Ausführungsform;
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19 eine
achte mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung;
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20 eine
Seitenansicht der achten Ausführungsform; und
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21 eine
neunte mögliche Ausführungsform der Vorrichtung
zur Übertragung von Drehmomenten mit einer Schwingungstilgung.
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In 1 ist
ein schematischer Antriebsstrang 1 dargestellt, wie er
beispielsweise als Antriebsstrang 1 eines Nutzfahrzeugs,
eines Busses, eines Traktors, eines Schienenfahrzeugs, eines Pkws oder
dergleichen eingesetzt wird. Der Antriebsstrang besteht im Wesentlichen
aus einem Verbrennungsmotor 2 oder alternativ hierzu einem
Elektromotor, einem anderen Antriebsaggregat oder einer Kombination
hiervon. Ausgehend vom Motor 2 wird über eine Welle 3 eine
Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten 4 angetrieben,
welche ihrerseits über eine Welle 5 eine Getriebeeinheit 6 antreibt.
In dieser Getriebeeinheit 6 kann das Antriebsmoment mechanisch
und/oder hydrodynamisch entsprechend gewandelt werden, sodass an
der Abtriebswelle 7 des Antriebsstrangs 1 das
gewünschte Drehmoment mit der gewünschten Drehzahl
anliegt. Alternativ zu dem Getriebe 6 kann auch hier selbstverständlich
ein beliebiges anderes Aggregat angeordnet sein. Prinzipiell ist
es dabei auch denkbar, zwischen dem Motor 2 und der Vorrichtung 4 eine
(weitere) Getriebeeinheit anzuordnen.
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Die
Vorrichtung 4 besteht im Wesentlichen aus einem Primärteil 8,
welches über die Welle 3 mit dem Motor 2 verbunden
ist, und einem Sekundärteil 9, welches über
die Welle 5 mit der Getriebeeinheit 6 in Verbindung
steht. Das Primärteil 8 und das Sekundärteil 9 sind
in an sich bekannter Art und Weise relativ zueinander verdrehbar
und stützen sich über Federelemente 10,
welche in der detaillierteren Darstellung der 2 zu
erkennen sind, gegeneinander ab. Auf diese Weise fungiert die Vorrichtung
als eine im Antriebsstrang 1 eingebaute elastische beziehungsweise
hochelastische Kupplung. Das Drehmoment des Motors 2 wird über
die in Umfangsrichtung angeordneten – hier zylindrischen – Federelemente 10, welche
beispielsweise als Druckfedern ausgebildet sind, vom Primärteil 8 auf
das Sekundärteil 9 übertragen. Die Federelemente 10 können
neben den hier dargestellten Spiralfedern auch in beliebiger anderer Art
und Weise, beispielsweise in Form von elastomeren Federn oder dergleichen
ausgebildet sein. Spiralfedern insbesondere aus Stahl haben dabei
den Vorteil einer hohen Temperaturbeständigkeit sowie einer von
der Temperatur unabhängigen Federsteifigkeit. Außerdem
lassen sich über entsprechende Federn, beispielsweise über
den hier dargestellten Einsatz von zwei ineinander liegenden Federn,
annähernd beliebige Kennlinien, zum Beispiel mit abknickenden Verläufen,
realisieren.
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Im
Normalbetrieb des Motors 2 kommt es nun häufig
zu Schwingungen zwischen dem Motor 2 und der Getriebeeinheit 6.
Treten nun in dem Antriebsstrang „normale” Drehschwingungen
auf, so werden diese typischerweise einen Relativwinkel von ±2° des
Primärteils 8 zum Sekundärteil 9 nicht überschreiten.
Diese geringfügigen Schwingungen werden dabei über
die Federelemente 10 weitgehend voneinander isoliert. Ein
in der Darstellung der 2 erkennbarer Dämpfungsring 11,
welcher in einem mit temperaturstabilen Öl oder Fett als
Dämpfungsmedium gefüllten Hohlraum 12 der
Vorrichtung 4 angeordnet ist, kann in diesem Zustand durch
das mittlere Moment der Schwingungen mitgezogen werden, sodass eine
Dämpfung in diesem Zustand noch weitgehend vermieden wird.
Kommt es nun in dem Antriebsstrang 1 zu größeren
Winkelausschlägen, beispielsweise durch Laststöße
oder Resonanzen, dann wird über eine mit der Sekundärseite 9 verbundene Mittelscheibe 13 beziehungsweise
an ihr ausgeformte Nocken 14 der Dämpfungsring 11 entsprechend verdreht
werden.
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Im
Bereich des Dämpfungsrings 11 ausgebildete Dämpfungskammern 15 werden
unter Ausbildung eines Drosselspalts 16 von einem Verbindungselement 17,
welches drehfest mit dem Primärteil 8 verbunden
ist, in zwei Teilbereiche 15a, 15b aufgeteilt.
Kommt es nun zu einer Verdrehung des Dämpfungsrings 11 über
die Nocken 14 der mit dem Sekundärteil 9 verbundenen
Mittelscheibe 13, so wird das Dämpfungsmedium
von der einen Seite der Dämpfungskammer 15a durch
den Drosselspalt 16 auf die andere Seite 15b der
Dämpfungskammer 15 strömen. Aufgrund
der Geometrie des Drosselspalts 16 wird so eine entsprechende
Dämpfung realisiert.
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Neben
dem hier dargestellten Aufbau, kann nun außerdem eine geometrische
Veränderung des Drosselspalts 16 realisiert werden.
Hierfür kann der Dämpfungsring 11 in
dem, dem Verbindungselement 17 gegenüberliegenden
Bereich, eine Ausnehmung aufweisen, wie sie durch das Bezugszeichen 110 symbolisiert
ist. Diese hier optional angedeutete Ausnehmung 110 sorgt
dann dafür, dass der Drosselspalt 16 in der Neutralstellung
des Dämpfungsrings 11 gegenüber dem Verbindungselement 17 einen
vergrößerten Querschnitt aufweist. In dieser Stellung
mit nicht oder kaum ausgelenktem Dämpfungsring 11 wird
dadurch keine oder nur eine minimale Dämpfung erzielt.
Wird der Dämpfungsring 11 nun entsprechend verdreht,
wie hier dargestellt, so verschiebt sich auch die Ausnehmung 110 gegenüber
dem Verbindungselement 17. Dadurch kommt es je nach Ausgestaltung
der Ausnehmung 110 mit zunehmendem Drehwinkel zu einem
sich ändernden Drosselspalt 16. Typischerweise
wird mit zunehmender Verdrehung der Bauteile gegeneinander der Drosselspalt 16 entsprechend
verringert. So kann mit zunehmender Verdrehung der Bauteile und
damit zunehmender Amplitude der Drehschwingungen durch den sich
verringernden Drosselspalt 16 die Dämpfung erhöht
werden. Dieser lediglich an einem Teil des Dämpfungsrings 11 in 2 dargestellte
Aufbau ist analog auf alle Teile des Dämpfungsrings 11 und
alle nachfolgenden Figuren übertragbar.
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Der
Schnitt entlang der Linie III-III der 2, welcher
in 3 dargestellt ist, zeigt diesen Aufbau nochmals
aus einer anderen Perspektive. Ergänzend soll dabei lediglich
auf die sogenannte Isolatorscheibe 18 hingewiesen werden,
welche in dem hier dargestellten Aufbau in 3 deutlich
besser als in 2 zu erkennen ist. Diese ist
mit dem Sekundärteil 9 verbunden und schließt
im Wesentlichen die Vorrichtung 4 sekundärseitig
nach außen ab.
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Dieses
soweit in den 1, 2 und 3 beschriebene
Bauteil stellt also eine Vorrichtung 4 dar, welche eine Übertragung
eines Drehmoments mit gleichzeitiger Reduzierung der Drehschwingungen
bewirkt, und welche adaptiv und selbsttätig ab einem bestimmten
Verdrehwinkel eine Dämpfung aktiviert, sodass größere Schwingungsamplituden
in Richtung des übertragenen Drehmoments wirksam gedämpft
werden.
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In
der Darstellung der 4 ist nun eine erfindungsgemäße
Erweiterung dieses Aufbaus zu erkennen. Dazu weist die Vorrichtung 4 in
der Darstellung gemäß 4 ein Masseelement 19 als
Fliehkraftpendel auf. Das Masseelement 19 ist in dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel über zwei Befestigungsmittel 20 bifilar
aufgehängt. Das wenigstens eine Masseelement 19 ist
dabei im Bereich der Mittelscheibe 13 angeordnet. Es ist
hier nur im Berreich einer der Nocken 14 dargestellt, kann
jedoch selbstverständlich auch an den anderen Nocken 14 oder
in anderen Bereichen der Mittelscheibe 13 vergleichbar angeordnet
sein. In der Schnittdarstellung der 5 ist zu
erkennen, dass das Masseelement 19 auch aus zwei Teilelementen 19.1 und 19.2 bestehen kann,
welche über das Befestigungsmittel 20 bifilar im
Bereich der Mittelscheibe 13 aufgehängt sind.
Die Befestigungsmittel 20 sind dabei als Pendelstangen ausgebildet
und drehbeweglich sowohl in der Mittelscheibe 13 als auch
in dem Masseelement 19 beziehungsweise den beiden Masseelementen 19.1, 19.2 gelagert.
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Die
Aufhängung über die Befestigungselemente 20 erfolgt
also so, dass das Masseelement 19 als bifilares Pendel
aufgehängt ist. Aufgrund der Trägheit des Masseelements 19 wird
dieses beim Auftreten von Drehschwingungen diesen Schwingungen entsprechend
hinterher eilen und sich in Umfangsrichtung bewegen. Aufgrund der
bifilaren Aufhängung wird der Schwerpunkt des Masseelements 19 dabei
auf einer vorgegebenen Bahn geführt, sodass sich neben
einer Bewegung des Schwerpunkts der Masse in Umfangsrichtung außerdem
eine Bewegung in radialer Richtung ergibt, durch welche das Trägheitsmoment
der Vorrichtung 4 variiert wird, sodass die Drehschwingungen
getilgt werden.
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Die
Lagerung im Bereich der Mittelscheibe 13 kann in besonders
einfacher Art und Weise in einer Bohrung 21 beziehungsweise
in der hier dargestellten bifilaren Aufhängung in zwei
Bohrungen 21 erfolgen, durch welche entweder ein Teil des Befestigungselements 20 oder
eine Schraube, ein Bolzen, ein Niet oder dergleichen verläuft,
welcher in seinem Durchmesser so ausgebildet ist, dass er in den
Bohrungen 21 jeweils drehbeweglich gelagert ist. Das Befestigungsmittel 20 ist
dann über eine entsprechende Lasche, einen Draht, ein Blech
oder dergleichen ausgebildet, welches in den Bereich der Masseelemente 19.1, 19.2 ragt
und dort ebenfalls drehbeweglich mit diesen verbunden ist. In der
Darstellung der 4 ist ein besonders einfacher
Aufbau zu erkennen, bei dem eine in Richtung des Mittelpunkts der
Vorrichtung 4 geöffnete kreisringförmige
Ausnehmung 22 in dem jeweiligen Masseelement 19 eine korrespondierende
Form des Befestigungselements 20 aufnimmt. Dadurch kann
das jeweilige Masseelement 19 in Umfangsrichtung eine Bewegung
ausführen, welche durch den Öffnungswinkel der
Ausnehmungen 22 begrenzt werden kann. Bei der Montage kann
dann sehr einfach das Befestigungselement 20 mit dem dafür
vorgesehenen Teil in die Ausnehmungen 22 eingelegt werden.
Durch die weiteren Bauteile der Vorrichtung 4 wird eine
Verschiebung in axialer Richtung verhindert, sodass keine weitere
Fixierung oder dergleichen notwendig ist.
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In
der Übersichtsdarstellung der 6 sind nun
verschiedene Varianten zur Ausführung der Befestigungsmittel 20 dargestellt.
Der Aufbau in der Darstellung der 6a zeigt
zwei Laschen oder dergleichen, welche beispielsweise aus einem Blech ausgestanzt
werden können. Diese beiden Laschen sind dann über
einen Niet, eine Schraube oder dergleichen durch die Bohrung 21 hindurch
miteinander verbunden. 6b zeigt eine Draufsicht auf
eine mögliche Bauform dieser Laschen.
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In
der Darstellung der 6c ist eine weitere Möglichkeit
in Draufsicht und Seitenansicht zu erkennen, bei welcher ein einziges
Blechteil ausreicht, um das Befestigungsmittel 20 zu bilden.
Dieses ist in einem 90 Grad Winkel abgekantet, wie es in 6c dargestellt
ist. Nachdem es bei der Montage durch die Bohrung 21 geschoben
wurde, wird es entsprechend der gestrichelten Darstellung abgekantet,
sodass eine drehbewegliche Lagerung des Befestigungsmittels 20 in
der Mittelscheibe 13 erreicht wird. Die beiden Masseelemente 19.1 und 19.2 mit ihren entsprechenden
Ausnehmungen 22 müssen dann lediglich seitlich
aufgesteckt werden, ehe die Vorrichtung 4 durch das Zusammenfügen
des Primärteils 8 und des Sekundärteils 9 verschlossen
wird.
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In
der Darstellung der 6d ist ein vergleichbarer Aufbau
mit einem Drahtformteil zu erkennen, welches analog dem Teil in 6b beispielsweise
in einem Aufbau gemäß 6a eingesetzt
werden kann. Auch das Drahtformteil der 6d lässt sich,
wie aus 6e zu erkennen ist, über
ein entsprechendes Abkanten analog der Darstellung in 6c schnell
und einfach montieren. Eine weitere Alternative für ein
Drahtformteil zeigt die 6f, bei welcher
das Drahtformteil über ein hakenförmiges Ende
verfügt und so einfach in die Bohrung 21 eingesetzt
werden kann. Die Ausführung der Befestigungselemente 20 gemäß 6f kann
dabei bevorzugt für Ausführungsformen eingesetzt
werden, bei denen nur ein Masseelement 19 auf einer Seite
der Mittelscheibe 13 angeordnet beziehungsweise befestigt
ist. Dieser Aufbau ist selbstverständlich auch für
alle anderen Varianten der Befestigungsmittel 20 gemäß 6 denkbar, da immer ein Aufbau mit einem
Masseelement auf einer Seite der Mittelscheibe 13 oder
mit zwei Masseelementen auf beiden Seiten der Mittelscheibe 13 gemäß den 4 und 5 denkbar
und möglich ist.
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Der
Aufbau in 7 zeigt nun ein zweites Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 4 mit zusätzlich integriertem
Tilger für Drehschwingungen. Auch hier ist ein Masseelement 19 zu
erkennen. Dabei kann wiederum ein einzelnes Masseelement 19 beziehungsweise
mehrere der Masseelemente 19 über den Umfang der
Vorrichtung 4 verteilt auf einer Seite der Mittelscheibe 13 angeordnet
sein. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, auf beiden Seiten der
Mittelscheibe 13 Masseelemente 19.1, 19.2 anzuordnen, wie
dies aus der Schnittdarstellung der 8 zu erkennen
ist. Die Befestigung des Masseelements 19 erfolgt auch
in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bifilar.
Allerdings ist anstelle der als Pendelstangen ausgebildeten Befestigungselemente 20 in der
Ausführungsform gemäß 7 und 8 ein Aufbau
gewählt, bei dem Bolzen 23 in der Mittelscheibe 13 angeordnet
sind. Die Bolzen 23 ragen dabei in Nuten 24 in
dem Masseelement 19. Die Nuten 24 sind dabei gebogen
ausgeführt, sodass eine gezielte Führung des Masseelements 19 auf
einer vorgegebenen Bahn, in der Art einer Kulissenführung
erreicht wird. Das Befestigungsmittel 20 wird so also aus
dem Bolzen 23 und den Nuten 24 gebildet. Die Nuten 24 weisen
dabei im Wesentlichen eine gebogene Form auf, deren Enden auf der
dem Mittelpunkt der Vorrichtung 4 abgewandten Bereich angeordnet sind,
während die einzelnen Nuten 24 in ihrem Zentrum
in Richtung des Mittelpunkts der Vorrichtung 4 weisen.
Kommt es nun zu einer Anregung des Masseelements 19 durch
eine entsprechende Bewegung, so wird das Masseelement 19 in
Umfangsrichtung entlang der durch die Bolzen 23 und Nuten 24 als
Kulissenführung vorgegebenen Bahn bewegt. Der Schwerpunkt
des Masseelements 19 wandert dabei nicht nur in Umfangsrichtung,
sondern aufgrund der Führung auch in radialer Richtung
nach innen und/oder außen, je nach Art der Anregung. Wie schon
bei der Aufhängung der Masseelemente 19 über
das bifilare Pendel wird auch so eine Bewegung des Schwerpunkts
des Masseelements 19 auf einer vorgegebenen Bahn erreicht,
welche in der Lage ist, die Trägheit der Vorrichtung 4 entsprechend
zu verändern und dadurch Drehschwingungen zu tilgen.
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Neben
dieser Ausführung der Nuten 24 in dem Masseelement 19,
welche mit dem Bolzen 23, welcher fest mit der Mittelscheibe
verbunden ist, zusammenwirken, wäre es selbstverständlich
auch denkbar, den Bolzen 23 fest mit dem Masseelement 19 beziehungsweise
den Masseelementen 19.1 und 19.2 zu verbinden.
Die Nuten 24 müssten dementsprechend in der Mittelscheibe
angeordnet werden. Selbstverständlich ist die Anordnung
der Nuten dann umgekehrt, sodass deren Krümmung andersherum verläuft
und die beiden Endpunkte in radialer Richtung innen und der Mittelpunkt
in radialer Richtung der Vorrichtung 4 außen angeordnet
ist.
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Wie
es für Tilger allgemein bekannt und üblich ist,
beeinflusst das Masseelement 19 als Fliehkraftpendel dabei
die Übertragung der Kraft beziehungsweise des Drehmoments
nicht unmittelbar, da hier lediglich einer Anregung durch Drehschwingungen
entgegengewirkt wird, ohne dass, wie beispielsweise bei der zuvor
beschriebenen Schwingungsisolation über die Federn 10 beziehungsweise
die hydraulische Dämpfung, eine Tilgung der Schwingungen
erfolgt, ohne dass die hierfür notwendigen Elemente in
den Kraftfluss der zu übertragenden Drehmoments angeordnet
sind.
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In 9 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt. Auch hier
ist das Masseelement 19 wiederum im Bereich der Mittelscheibe 13 angeordnet. Der
in 9 dargestellte Aufbau ist dabei besonders einfach
und effizient in der Herstellung, da auf Befestigungsmittel 20,
welche aus zusätzlichen Bauteilen ausgebildet sind, verzichtet
werden kann. Das Masseelement 19 weist eine entsprechende
Form auf, welche das Masseelement 19 direkt als Kulisse
mitnutzt, welche in einer hier mit 25 bezeichneten Ausnehmung
im Bereich der Mittelscheibe 13 zusammenwirkt. Die Konturen
der Ausnehmung 25 und des Masseelements 19 sind
dabei so aufeinander abgestimmt, dass wieder eine bifilare Aufhängung
als Befestigungsmittel 20 entsteht, bei der das Masseelement 19 entlang
einer vorgegebenen Führungsbahn in Umfangsrichtung beweglich
ist. Durch die Führungsbahnen wird dann außerdem
eine Bewegung in radialer Richtung erreicht, sodass auch hier die
oben genannten Effekte erzielt werden können.
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Das
Masseelement 19 kann in einem einfachen Feinschneidprozess
unmittelbar aus dem Material der Mittelscheibe 13 gefertigt
werden, sodass kein zusätzlicher Materialaufwand durch
das Masseelement 19 entsteht. Der Aufbau hat außerdem den
Vorteil, dass er insgesamt eine vergleichsweise geringe Masse aufweist,
da das Masseelement 19 lediglich einen Teil der Mittelscheibe 13 füllt,
welcher durch die Ausnehmung 25 zuvor entnommen wurde. Je
nach Dicke der Vorrichtung 4 im Bereich des Masseelements 19 kann
dieses dabei die Dicke der Mittelscheibe 13 aufweisen oder
gegebenenfalls auch dicker oder dünner ausgestaltet werden.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die Mittelscheibe 13 in
einem aufgrund der hydraulischen Dämpfung ohnehin mit Fett
oder Öl gefüllten Raum bewegt wird. Durch die
Integration des Masseelements 19 in der in 9 dargestellten
Art und Weise wird also auch das Masseelement 19 beziehungsweise
die es umgebende Ausnehmung 25 mit dem Fett oder Öl
gefüllt sein. Dadurch ist die Kulissenführung
des Masseelements 19 in der Ausnehmung 25 bereits
geschmiert, ohne dass hierfür zusätzliche Maßnahmen
notwendig wären. Dieser Vorteil der Schmierung gilt auch
für die zuvor genannten Ausführungsformen, welche
ebenfalls im Bereich der Mittelscheibe 13 realisiert sind
und damit in den mit dem Öl oder Fett für die
hydraulische Dämpfung gefüllten Raum angeordnet
werden können.
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Alternativ
zu der Ausgestaltung des Masseelements 19 aus dem Material
der Mittelscheibe 13 kann es selbstverständlich
auch vorgesehen sein, die Mittelscheibe 13 mit der entsprechenden
Ausnehmung 25 zu versehen und ein eigens gefertigtes Masseelement 19,
beispielsweise mit größerer oder kleinerer Dicke
als die Mittelscheibe 13 herzustellen und in die Ausnehmung 25 einzulegen.
Ein solches Masseelement 19 könnte dann ebenfalls
aus einem Blech, aus Blechpaketen, als Sinterteil oder dergleichen
ausgeführt werden. Die Führungsbahnen der bifilaren
Aufhängung in der Kulisse könnten darüber hinaus
am Masseelement 19 und/oder im Bereich der Ausnehmung 25 in
der Mittelscheibe 13 mit einer entsprechenden Beschichtung
versehen werden, sodass ein leichtes Gleiten des Masseelements 19 auf den
Führungsbahnen möglich wird. Eine entsprechende
Beschichtung könnte dabei auch auf andere Reibflächen,
beispielsweise die Fläche zwischen den Masseelementen 19 und
der Mittelscheibe bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung oder die Nuten 24 und die Bolzen 23 angewandt
werden.
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In
der Darstellung der 10 ist eine weitere Möglichkeit
zur Ausführung der Vorrichtung 4 zu erkennen.
Wie aus der Schnittdarstellung in 11 zu erkennen
ist, weist die Vorrichtung 4 in diesem Ausführungsbeispiel
keine Isolationsscheibe 18 auf. Das Masseelement 19 ist
in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel nicht mit
der Mittelscheibe 13 und damit mit dem Sekundärteil 9,
sondern mit dem Primärteil 8 verbunden. Hierfür
dienen Bolzen beziehungsweise Schrauben 26, welche für
das Befestigungselement 17 der hydraulischen Dämpfung
ohnehin mit dem Primärteil 8 verbunden sind. Das Masseelement 19 selbst
ist dabei außerhalb der Vorrichtung 4 angeordnet.
Das Masseelement 19 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
wiederum bifilar über zwei Nuten 24 aufgehängt,
sodass im Wesentlichen eine vergleichbare Funktionalität
entsteht, wie bei dem in den 7 und 8 beschriebenen zweiten
Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung 4. Auch
hierbei bilden die Nuten 24 mit den Schrauben 26 die
Befestigungsmittel 20.
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In
den Prinzipdarstellungen der 12 ist
zu erkennen, dass das Anbringen des Masseelements 19 an
der Primärseite der Vorrichtung 4, wobei hier selbstverständlich
auch das Anbringen an der Sekundärseite 9 möglich
wäre, in verschiedenen Arten erfolgen kann. Beispielsweise
so, dass ein bestehender Bauraum im Bereich um die Vorrichtung 4 ideal genutzt
werden kann. 12a zeigt hierzu einen Aufbau,
bei dem auf der einen Seite der Vorrichtung 4 ein Schwungrad 27 angeordnet
ist. Dieses Schwungrad 27 passt in seiner äußeren
Gestalt in etwa zu der äußeren Rotationsform der
Vorrichtung 4, um so mit minimalem Bauraum eine maximale Schwungmasse
sicherzustellen. Das Masseelement 19 ergänzt diesen
Aufbau auf der dem Schwungrad abgewandten Seite der Vorrichtung 4 entsprechend, indem
das Masseelement ebenfalls so ausgestaltet ist, dass es im Bereich
der Vorrichtung 4 ohnehin vorhandene zurückspringende
Konturen nutzt, um mit minimalem Bedarf an Bauraum außerhalb
der Vorrichtung 4 angeordnet zu werden. In der Darstellung der 12b ist als eine Alternative neben der Vorrichtung 4 ein
Bauteil 28 mit anderer Kontur, beispielsweise mit einer
konvexen Form, zu erkennen. Das Masseelement 19 ist dabei
in etwa T-förmig so ausgebildet, dass es wiederum die zurückspringende Kontur
der Vorrichtung 4 und den verbleibenden Bauraum zwischen
der Vorrichtung 4 und dem konvexen Bauteil 28 ideal
nutzt. Das Bauteil 28 kann dabei beispielsweise das Gehäuse
eines Wandlers, ein Getriebegehäuse oder dergleichen sein.
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Die
beiden in den 12a und 12b dargestellten
Ausführungsbeispiele zeigen, dass eine Anpassung des außerhalb
des geschlossenen Raums in der Vorrichtung 4 angeordnetes
Masseelement 19 an verschiedene äußere Bauformen
und benachbarte Elemente einfach und effizient möglich
ist, sodass mit minimalem Aufwand auf verschiedene Einbausituationen
leicht reagiert werden kann, indem das Masseelement 19 in
seiner äußeren Form entsprechend den vorgegebenen
Bauraum angepasst wird.
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In
der Darstellung der 13 ist eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung 4 zu erkennen. Dabei ist ein Teil des Verbindungselements 17 in
der Dämpfungskammer 15 als das Masseelement 19 für die
Tilgung von Drehschwingungen ausgebildet. Auch hier ist wiederum
eine bifilare Aufhängung als Befestigungsmittel 20 für
das Masseelement 19 gewählt, welche im Wesentlichen
analog zu der Aufhängung in dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 7 und 8 zu
verstehen ist. Auch hier wäre es denkbar, die Anordnung
von Bolzen 23 und Nuten 24 gegeneinander zu vertauschen,
wodurch sich auch hier wieder deren Richtung umkehren würde.
Die Möglichkeit der Bewegung des Masseelements 19 in
Umfangsrichtung führt zusammen mit einem Vorsprung, welcher
gegenüber einer Nocke 29, welche fest mit dem
Primärteil 8 verbunden ist, verschoben wird, gleichzeitig
eine Veränderung des Drosselspalts 16 aus, sodass
zusätzlich zur reinen zuvor bereits beschriebenen Wirkung
der Schwingungstilgung durch das Masseelement 19 eine entsprechende
Beeinflussung der Dämpfung in Abhängigkeit der
auftretenden Drehschwingungen und damit in Abhängigkeit
der Auslenkung des Masseelements 19 erzielt werden kann.
In 14 ist dieser Aufbau nochmals im Querschnitt zu
erkennen.
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15 zeigt
nun eine alternative Ausführungsform, bei der das Masseelement 19 nicht
im Sekundärteil 9, beispielsweise in der Mittelscheibe 13, geführt
ist, sondern im Primärteil 8 beispielsweise im Gehäuse
und/oder Deckel geführt ist. Die Nocke 29 kann
dabei einstückig mit dem Gehäuse oder Deckel ausgeführt
sein, in axialer Richtung geteilt und jeweils einstückig
mit dem Gehäuse oder Deckel ausgeführt sein. Die
Nocke 29 kann aber auch als Einlegeformteil im Gehäuse
und/oder Deckel form- oder kraftschlüssig angeordnet sein.
Für die bifilare Aufhängung des Masseelements 19 sind
hier wiederum entsprechende Pendelstangen als Befestigungsmittel 20 vorgesehen,
anstelle der in den vorhergehenden Figuren dargestellten Ausführung
mit Nuten 24 und Bolzen 23. Ansonsten wird auch
hier ein vergleichbarer Effekt erzielt.
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Alternativ
oder ergänzend hierzu wäre es selbstverständlich
auch denkbar, das Masseelement 19 in der Dämpfungskammer 15 ausschließlich über eine
Kulissenführung zu lagern, beispielsweise analog der Lagerung
in dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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In
der Darstellung der 16 ist eine weitere alternative
Möglichkeit zur Ausführung der Vorrichtung 4 zu
erkennen. Hierbei ist nur ein Teil der Vorrichtung 4, nämlich
die beispielsweise in den 2 bis 9 beschriebene
Isolatorscheibe 18 zu erkennen. An der Isolatorscheibe 18 ist
das Masseelement 19 als Fliehkraftpendel über
Bolzen 23 und in der Isolatorscheibe 18 angeordnete
Nuten 24 entsprechend gelagert. In der Darstellung in der 17 ist
dies in einer Draufsicht nochmals zu erkennen. In bereits mehrfach
beschriebener Art und Weise werden die Bolzen 23 in den
Nuten 24 so geführt, dass die gewünschte
und schon mehrfach beschriebene bifilare Aufhängung des
Masseelements 19 als Befestigungsmittel 20 realisiert
ist.
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Die
Darstellung der 18 unterscheidet sich hiervon
lediglich dadurch, dass die Isolatorscheibe 18 im Bereich,
in dem das Masseelement 19 angeordnet ist, in zwei Teilabschnitte 18.1 und 18.2 aufgeteilt
ist. Die beiden Teilabschnitte weisen jeweils die Nuten 24 auf,
sodass das Masseelement 19 an zwei Bolzen in axialer Richtung
auf zwei seiner Seiten entsprechend geführt ist.
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In
der Darstellung der 19 ist wiederum ein Teilabschnitt
der Isolatorscheibe 18 zu erkennen. Anstelle der eben beschriebenen
direkten Aufhängung des Masseelements 19 an der
Isolatorscheibe 18 ist das Masseelement 19 hier über
Befestigungselemente 20 in Form von Pendelstangen aufgehängt. Auch
hier ist wieder eine bifilare Aufhängung realisiert. Dies
ist aus der Seitenansicht der 20 entsprechend
zu erkennen. Bei der Realisierung der Befestigungsmittel 20 sind
verschiedenartige Varianten denkbar, beispielsweise die hier prinzipmäßig angedeutete
Variante, bei der die Befestigungselemente 20 jeweils über
einen Stift 30 sowohl in dem Masseelement 19 als
auch in der Isolatorscheibe 18 drehbeweglich gelagert sind.
Ansonsten wären auch die in 6 beschriebenen
Ausführungsformen für die Befestigungsmittel 20 beim
Aufbau in der Art, wie er in den 19 und 20 dargestellt
ist, denkbar.
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Die
bisher gezeigten Ausführungsbeispiele haben den Aufbau
dabei immer anhand einer bifilaren Aufhängung des Masseelements 19 als
Befestigungsmittel 20 beschrieben. Auch wenn dies die bevorzugte
Ausführungsform ist, so ist es selbstverständlich
denkbar, die Masseelemente 19 in jeder der beschriebenen
Arten und in jeder der beschriebenen Anordnungen jeweils monofilar
aufzuhängen, also lediglich mit einem Befestigungsmittel 20,
welches wiederum als Pendelstange oder als Führungselement aus
Nut und Bolzen ausgebildet sein kann. Anstelle des Einsatzes von
Pendelstangen als Befestigungsmittel 20 sind selbstverständlich
auch elastische Befestigungsmittel 20 denkbar, beispielsweise
Federn, Blattfedern oder dergleichen. Diese können zusätzlich
zur Tilgung von Drehschwingungen beitragen. Beim Einsatz von Blattfedern
oder Pendeln wäre es außerdem denkbar, die Länge
des Pendels beziehungsweise der Blattfeder adaptiv zu verändern,
indem eine Aufnahme für das Pendel beispielsweise durch
die Fliehkraft entsprechend bewegt wird und die freie Pendellänge
beziehungsweise Federlänge zwischen dieser Aufnahme und
dem Masseelement 19 entsprechend verändert wird.
Die Veränderung wäre auch aktiv gesteuert oder
geregelt über einen Stellmotor oder einen sonstigen Aktuator
möglich.
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Abschließend
soll in 21 ein weiteres Ausführungsbeispiel
beschrieben werden. Auch hier ist das Masseelement 19 wiederum
im Bereich der Isolatorscheibe 18 angeordnet. Diese ist
dabei entsprechend umgeformt und kann entweder einteilig ausgebildet
oder mit einem entsprechenden Deckel 31 verschweißt
sein. Dadurch entsteht ein Hohlraum beziehungsweise mehrere über
den Umfang der Vorrichtung 4 verteilte Hohlräume.
Diese Hohlräume können mit einer flüssigen
Masse befüllt werden, sodass durch eine Bewegung dieser
Masse eine Tilgung von Drehschwingungen erfolgt.
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Ein
derartiger Aufbau mit einer flüssigen Masse als Masseelement 19 kann
dabei nicht nur im Bereich der Isolatorscheibe 18 angeordnet
werden, sondern ist auch für alle anderen bisher beschriebenen
Ausführungsformen denkbar. Insbesondere kann jedes der
bisher beschriebenen Masseelemente 19 auch als Hohlkörper
ausgebildet sein, welcher mit einer entsprechenden Flüssigkeit
und einem außerdem in dem Hohlkörper verbleibenden
Gasvolumen gefüllt ist. Kommt es nun zu entsprechenden Drehschwingungen,
so kann die Flüssigkeit sich in dem Hohlkörper
des Masseelements 19 entsprechend bewegen und dadurch zur
Tilgung von Drehschwingungen beitragen beziehungsweise diese in Kombination
mit der bewegten Masse des Masseelements 19 zusätzlich
verbessern.
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Durch
die Kombination des nicht im Kraftfluss beziehungsweise Drehmomentfluss
wirkenden Tilgers mit der hochelastischen Kupplung, welche Drehschwingungen,
welche in Richtung der Drehmomentübertragung auftreten,
dämpft, wird ein Aufbau realisiert, welcher besonders gut
geeignet ist, Drehschwingungen, wie sie beispielsweise in einem
Antriebsstrang auftreten können, weitestgehend zu eliminieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3820998
C1 [0002]
- - DE 19830208 A1 [0002]
- - DE 10241103 A1 [0003]
- - DE 10346253 A1 [0005]
- - DE 19914871 C2 [0005]