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Die Erfindung bezieht sich auf ein Zweimassenschwungrad, insbesondere auf ein Zweimassenschwungrad, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verriegelungsmechanismus während eines Startvorgangs eines Motors.
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In modernen Fahrzeugmotoren werden häufig sogenannte Zweimassenschwungräder eingesetzt, die aufgrund der Taktung der Zylinder an der Kurbelwelle hervorgerufene Drehungleichförmigkeiten vom Antriebsstrang fernhalten. Zweimassenschwungräder umfassen üblicherweise ein Primärschwungrad und ein Sekundärschwungrad, die zueinander über ein Dämpfungselement sowie einem Reibungselement begrenzt verdrehbar sind. Das Primärschwungrad ist mit einem Anlasser und das Sekundärschwungrad mit einer Kupplung verbunden.
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Über das üblicherweise als Feder ausgelegte elastische Dämpfungselement wird dem Zweimassenschwungrad eine Eigenfrequenz zugewiesen, die unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors liegt, um die gewünschte Schwingungsdämpfung zu bewirken.
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Beim Starten des Motors mittels des Anlassers wird die Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads durchlaufen, was zu großen Drehmomenten führen kann, die eventuell eine erhöhte Beanspruchung am Zweimassenschwungrad hervorrufen können.
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Abhilfe kann beispielsweise dadurch geschaffen werden, dass der Drehzahlbereich um die Eigenfrequenz so zügig wie möglich durchlaufen wird. Dies erfordert zum Beispiel den Einsatz kräftiger Anlassermotoren, die geeignet sind, den Motor auf eine Drehzahl zu bringen bei der ein Starten des Motors möglich ist.
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Eine weitere Möglichkeit ist im Stand der Technik beispielsweise in der
DE 19729421 A1 beschrieben worden. In dieser Druckschrift ist ein Schwungrad gezeigt, bei dem erstes und ein zweites Schwungrad derart miteinander verbunden sind, dass sie bei einer bestimmten niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeit zusammen ohne eine relative Drehbewegung gegeneinander umlaufen. Die Schwungradanordnung weist dazu einen Hebelmechanismus auf, der sich zwischen einem Eingriffszustand und einem gelösten Zustand verschwenkt, so dass sich im Eingriffszustand das erste und des zweite Schwungrad nicht gegeneinander verdrehen können.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Zweimassenschwungrad mit Anlaufschutz zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Folglich wird ein Zweimassenschwungrad geschaffen, das ein mehrteiliges Primärschwungrad umfasst, das ein mit einem Anlasser verbindbares erstes Scheibenrad und ein zweites Scheibenrad umfasst. Zwischen dem ersten Scheibenrad und dem zweiten Scheibenrad ist ein Verriegelungsmechanismus angeordnet, der bei einer Schwellenddrehzahl von einem geöffnetem Zustand ohne Kraftschluss zwischen dem ersten Scheibenrad und dem zweiten Scheibenrad in einen verriegelten Zustand mit Kraftschluss zwischen dem ersten Scheibenrad und dem zweiten Scheibenrad wechselt.
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Auf diese Weise wird während des Startens des Motors der Kraftschluss zum Antriebsstrang hin unterbrochen, so dass der Anlasser lediglich das geringe Trägheitsmoment des ersten Scheibenrades beschleunigen muss. Dies wird dadurch erreicht, dass sich der Verriegelungsmechanismus des Zweischeibenschwungrads im geöffneten Zustand befindet, in dem die Schwellenddrehzahl unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors gewählt wird. Folglich kann der Anlasser wesentlich leistungsschwächer und damit kostengünstiger ausgeführt werden.
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Des Weiteren ist das Sekundärschwungrad, das über das elastische Dämpfungselement mit dem Primärschwungrad verbunden ist, ebenfalls ausgekoppelt, so dass beim Starten des Motors mittels des Anlassers die Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads nicht mehr durchlaufen werden kann, wodurch eventuell auftretende Drehmomentänderungen am Zweimassenschwungrad vermieden werden können.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Verriegelungsmechanismus mittels Fliehkraft gesteuert.
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Auf diese Weise wird eine einfache Steuermöglichkeit geschaffen, da beim Starten des Motors die Fliehkraft entsprechend der Drehzahl zunimmt, so dass das Überschreiten der Schwellenddrehzahl ohne weitere Sensoren, mikromechanischen Bauteilen oder ähnlichem zu einem Wechsel des Verriegelungsmechanismus in den verriegelten Zustand führt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Verriegelungsmechanismus wenigstens ein drehbares hakenförmiges Element auf, das auf dem ersten Scheibenrad so angeordnet ist, dass es zur Herstellung des Kraftschlusses in eine Aussparung auf dem zweiten Scheibenrad eingreift.
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Demgemäß wird ein Platz sparender Aufbau des Verriegelungsmechanismus ermöglicht, der sich auf einfache Weise in bestehende Primärschwungräder integrieren lässt, da beispielsweise das Bilden einer Aussparung keine großen konstruktiven Änderungen benötigt. Durch das Eingreifen in die Aussparung wird zudem eine zuverlässige Verriegelung ermöglicht.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das hakenförmige Element mittels eines Bolzens drehbar angeordnet, wobei das hakenförmige Element so geformt ist, dass sein Schwerpunkt einen Abstand zur Drehachse aufweist.
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Durch den Abstand zur Drehachse wird das Eingreifen in die Aussparung unterstützt, da sich das hakenförmige Element bei steigender Drehzahl aufgrund der Fliehkraft radial nach außen bewegt. Dazu ist es erforderlich dass der Schwerpunkt des hakenförmigen Elements so angeordnet ist, dass sich eine Drehbewegung um die Drehachse ergibt, die der Drehung des ersten Schwungrades entgegengesetzt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das drehbare hakenförmige Element mit einem Rückholmechanismus versehen, das den Verriegelungsmechanismus unterhalb der Schwellenddrehzahl in den geöffneten Zustand bringt.
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Auf diese Weise wird beim Abschalten des Motors eine zuverlässige Überführung in den geöffneten Zustand des Verriegelungsmechanismus erreicht. Während des nächsten Starts kann dann wiederum eine Schließung des Verriegelungsmechanismus erfolgen, nachdem der Motor gestartet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Rückholmechanismus mittels einer Feder gebildet.
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Demgemäß wird eine Platz sparende Möglichkeit zum Aufbau des Rückholmechanismus geschaffen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Feder eine Rückholkraft auf, die den Verriegelungsmechanismus unterhalb der Schwellenddrehzahl in den geöffneten Zustand versetzt.
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Demgemäß wird eine zuverlässige Rückführung in den geöffneten Zustand ohne Kraftschluss geschaffen, die über die Federkonstante an unterschiedliche Dimensionen sowohl des hakenförmigen Elementes als auch an die geforderte Schwelle der Schwellenddrehzahl angepasst werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das drehbare hakenförmige Element mit einem Lager versehen, das das Eingreifen in die Aussparungen unterstützt.
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Demgemäß wird ein sicheres Eingreifen in die Aussparungen ermöglicht, indem die Bewegung aufgrund der Zentrifugalkräfte mit geringer Reibung in eine Drehung des hakenförmigen Elements umgesetzt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Lager mittels einer Wölbung auf dem hakenförmigen Element gebildet.
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Dies erlaubt einen einfachen Aufbau des Lagers, der insbesondere einstückig ausgeführt werden kann, indem das hakenförmige Element während der Herstellung einem entsprechenden Umformungsprozess, beispielsweise mittels einer Prägemaschine, ausgesetzt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Schwungrad einer Kurbelwelle zugewandt und das zweite Scheibenrad einem Antriebsstrang zugewandt.
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Diese Konfiguration entspricht der in Kraftfahrzeugen üblichen Anordnung, so dass das Zweimassenschwungrad dort einsetzbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwellenddrehzahl niedriger als eine Leerlaufdrehzahl eines Motors, vorzugsweise in einem Bereich von 400 bis 500 Umdrehung pro Minute, gewählt.
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Üblicherweise ist bei einem Kraftfahrzeug die Eigenfrequenz eines Zweimassenschwungrads niedriger als die Leerlaufdrehzahl, die etwa im Bereich von 650 bis 800 1/min liegt. Der Anlasser wird dabei so ausgelegt, dass während des Startvorgangs in etwa eine Drehzahl von 200 1/min erreicht wird. Um nun beim Starten des Motors die Eigenfrequenz nicht zu durchlaufen, erfolgt der Wechsel von der kraftlosen zur kraftschlüssigen Kopplung der Schwungräder des Primärschwungrades unterhalb der Leerlaufdrehzahl.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Querschnittsansicht eines Zweimassenschwungrades,
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2: ein Detail des Zweimassenschwungrades in einer Draufsicht,
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3: ein Detail des Zweimassenschwungrades in einer weiteren Draufsicht,
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4: ein Detail des Zweimassenschwungrades in einer weiteren Draufsicht,
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5: eine Querschnittsansicht eines Zweimassenschwungrades, und
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6: eine Draufsicht eines Zweimassenschwungrades in einer teilweise gebrochenen Darstellung.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 eine erste Ausführungsform näher erläutert. In 1 ist in einem Schnittbild schematisch ein Teil eines Antriebsstrangs eines Verbrennungsmotors gezeigt. Eine Kurbelwelle 2 ist mit einem Zweimassenschwungrad 4 verbunden, das ein mehrteiliges Primärschwungrad 6 und ein Sekundärschwungrad 8 umfasst.
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Das mehrteilige Primärschwungrad 6 wird gemäß 1 von einem ersten Scheibenrad 10 und einem zweiten Scheibenrad 12 gebildet. Es versteht sich jedoch von selbst, dass in der Praxis des modernen Fahrzeugbaus eingesetzte Zweimassenschwungräder 4 auch Primärschwungräder 6 mit mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier, Scheibenräder bzw. Scheibenräderteile aufweisen können. Auf eine genaue Darstellung beziehungsweise Beschreibung dieser weiteren Scheibenräder des Primärschwungrads 6 wird jedoch zur besseren Übersichtlichkeit verzichtet.
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Das Primärschwungrad 6 ist mit dem Sekundärschwungrad 8 über ein elastisches Federelement 16 und ein Reibungselement 18 auf bekannte Weise verbunden, um des Zweimassenschwungrad 4 zu bilden.
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Des Weiteren ist ein Anlasser 20 vorgesehen, der mittels eines Ritzels 22 auf eine entsprechende Außenverzahnung auf dem ersten Scheibenrad 10 des Primärschwungrades 6 eingreift, um den Motor zu starten.
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Getriebeseitig sind in 1 als weitere Elemente eine Kupplungsscheibe 24 und eine Kupplungsdruckplatte 26 dargestellt, an die sich ein Getriebe anschließen kann.
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Der Verriegelungsmechanismus 14 ist so ausgebildet, dass bei einer Schwellenddrehzahl unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors dieser von einem geöffneten Zustand ohne Kraftschluss zwischen dem ersten Scheibenrad 10 und dem zweiten Scheibenrad 12 in einen verriegelten Zustand mit Kraftschluss zwischen dem ersten Scheibenrad 10 und dem zweiten Scheibenrad 12 wechselt.
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Folglich wird während des Startens des Motors der Kraftschluss zum Antriebsstrang hin unterbrochen, so dass der Anlasser 20 neben den Motorkomponenten lediglich das geringe Trägheitsmoment des ersten Scheibenrades 10 beschleunigen muss. Dies wird dadurch erreicht, dass sich der Verriegelungsmechanismus 14 des Zweischeibenschwungrads 4 im geöffneten Zustand befindet, indem die Schwellenddrehzahl unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors gewählt wird.
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Des Weiteren ist das Sekundärschwungrad, das über das elastische Federelement 16 mit dem zweiten Scheibenrad 12 des Primärschwungrads 6 verbunden ist, ebenfalls ausgekoppelt, so dass beim Starten des Motors mittels des Anlassers 20 die Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads 4 nicht mehr durchlaufen wird.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform des Verriegelungsmechanismus 14 unter Bezugnahme auf 2 bis 4 näher erläutert. 2 bis 4 zeigen den Verriegelungsmechanismus 14 in einer Draufsicht, d. h. in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle 2.
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Der Verriegelungsmechanismus 14 nach 2 ist mittels Fliehkraft gesteuert. Dies wird dadurch erreicht, dass der Verriegelungsmechanismus 14 wenigstens ein drehbares hakenförmiges Element 28 aufweist, das auf dem ersten Scheibenrad 10 so angeordnet ist, dass es zur Herstellung des Kraftschlusses in eine Aussparung 30 auf dem zweiten Scheibenrad 30 eingreifen kann. Dazu ist das hakenförmige Element 28 mittels eines Bolzens 32 drehbar auf dem ersten Scheibenrad 10 gelagert. Das hakenförmige Element 28 mit einem Lager 34 versehen ist, das das Eingreifen in die Aussparung 30 unterstützt. Das Lager 34 kann mittels einer Wölbung auf dem hakenförmigen Element 28 gebildet sein, die in Richtung des ersten Schwungrads 10 zeigt.
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Während des Startvorgangs ist der Verriegelungsmechanismus 14 geöffnet, d. h. das erste Scheibenrad 10 und das zweite Scheibenrad 12 sind nicht kraftschlüssig verbunden. Dieser Zustand ist in 2 gezeigt.
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Nach dem Startvorgang ist der Verriegelungsmechanismus 14 geschlossen, d. h. das erste Scheibenrad 10 und das zweite Scheibenrad 12 sind kraftschlüssig verbunden. Dieser Zustand ist in 3 gezeigt.
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Der Übergang vom offenen in den geschlossenen Zustand wird nachfolgend anhand eines konkreten Zahlenbeispiels nochmals erläutert. Diese Erläuterung ist lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen, d. h. die vorgestellten Zahlenwerte könnten auch in einem anderen Bereich gewählt werden, falls ein entsprechender Bedarf bestehen sollte.
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Bei einem Kraftfahrzeug beträgt die Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads 4 etwa 400 Umdrehung pro Minute und ist niedriger als die Leerlaufdrehzahl, die etwa im Bereich von 650 bis 700 1/min liegt. Der Anlasser 20 wird beispielsweise so ausgelegt, dass während des Startvorgangs in etwa eine Drehzahl von 200 1/min erreicht wird. Um nun beim Starten des Motors die Eigenfrequenz nicht zu durchlaufen, erfolgt der Wechsel von der kraftlosen zur kraftschlüssigen Kopplung der Schwungräder 10 und 12 des Primärschwungrades 6 oberhalb der Eigenfrequenz und unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors, d. h. in etwa im Bereich von 500 bis 600 Umdrehungen pro Minute.
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Wie in den 2 bis 4 gezeigt ist, ist das hakenförmige Element 28 so geformt, dass sein Schwerpunkt 36 einen Abstand 38 zur Drehachse aufweist, Durch den Abstand 38 zur Drehachse wird das Eingreifen in die Aussparung 30 unterstützt, da sich das hakenförmige Element 28 bei steigender Drehzahl aufgrund der Fliehkraft radial nach außen bewegt. Dazu ist es erforderlich dass der Schwerpunkt 36 des hakenförmigen Elements 28 so angeordnet ist, dass sich eine Drehbewegung 40 um die Drehachse bzw. Bolzen 32 ergibt, die der Drehung 42 des ersten Schwungrades 10 entgegengesetzt ist.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist das drehbare hakenförmige Element 28 mit einem Rückholmechanismus 44 versehen, das den Verriegelungsmechanismus 14 unterhalb der Schwellenddrehzahl in den geöffneten Zustand bringt. In einer möglichen Ausführungsform wird der Rückholmechanismus 44 mittels einer Feder gebildet ist. Dabei weist die Feder eine Rückholkraft auf, die den Verriegelungsmechanismus 14 unterhalb der Schwellenddrehzahl in den geöffneten Zustand versetzt. Die nötige Rückholkraft berechnet sich aus dem Abstand 38 zwischen Schwerpunkt 36 und der Drehachse, der Drehzahl und der Masse des hakenförmigen Elements 28.
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Während des Fahrbetriebs wirken auf das hakenförmige Element 28 unterschiedliche Kräfte über das zweite Scheibenrad 12 ein, die je nach Schiebe- oder Zugbetrieb entgegengesetzt sind.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird nachfolgend eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung erläutert.
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Das Zweimassenschwungrad 4 ist in einer Querschnittsansicht gezeigt. Das Zweimassenschwungrad 4 weist ein dreiteiliges Primärschwungrad 6 auf, das von dem ersten Scheibenrad 10, dem zweiten Scheibenrad 12 und einem als Abdeckung fungierenden dritten Scheibenrad 50 gebildet ist, welche mit dem zweiten Scheibenrad 12 form- oder kraftschlüssig verbunden ist. Zwischen dem ersten Scheibenrad 10 und dem zweiten Scheibenrad 12 ist der Verriegelungsmechanismus 14 angeordnet.
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Des Sekundärschwungrad 8 wird von einem ersten Teilrad 46 und einem zweiten Teilrad 48 gebildet, wobei das erste Teilrad 46 zwischen dem zweiten Scheibenrad 12 und dem dritten Scheibenrad 50 zu liegen kommt. In der gezeigten Ausführungsform wäre das elastische Federelement 16 zwischen dem dritten Scheibenrad 50 und dem ersten Teilrad 46 angeordnet. Des Weiteren ist eine Außenverzahnung 52 gezeigt, die auf der Außenseite des ersten Scheibenrads 10 angeordnet ist, um dem Anlasser 10 ein Starten des Motors zu ermöglichen.
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In 6 wird die Ausführungsform gemäß 5 in einer Frontansicht gezeigt. 6 verdeutlicht, wie der Verriegelungsmechanismus 14 auf dem ersten Scheibenrad 10 angeordnet ist.
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In der Ausführungsform gemäß 6 ist ein einzelner Verriegelungsmechanismus 14 auf dem ersten Scheibenrad 10 gezeigt. Es wäre jedoch auch denkbar, mehrere Verriegelungsmechanismen 14 vorzusehen, um beispielsweise bei erhöhter Beanspruchung die Verbindung zwischen dem ersten Scheibenrad 10 und dem zweiten Scheibenrad 12 zu erzeugen. Dabei kann auch eine Vorrichtung eingesetzt werden, die die mehreren Verriegelungsmechanismen 14 synchron öffnet beziehungsweise schließt.
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Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kurbelwelle
- 4
- Zweimassenschwungrad
- 6
- Primärschwungrad
- 8
- Sekundärschwungrad
- 10
- erstes Scheibenrad
- 12
- zweites Scheibenrad
- 14
- Verriegelungsmechanismus
- 16
- elastisches Federelement
- 18
- Reibungselement
- 20
- Anlasser
- 22
- Ritzel
- 24
- Kupplungsscheibe
- 26
- Kupplungsdruckplatte
- 28
- hakenförmiges Element
- 30
- Aussparung
- 32
- Bolzen
- 34
- Lager
- 36
- Schwerpunkt
- 38
- Abstand
- 40
- Drehbewegung
- 42
- Drehrichtung
- 44
- Rückholmechanismus
- 46
- erstes Teilrad
- 48
- zweites Teilrad
- 50
- drittes Scheibenrad
- 52
- Außenverzahnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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