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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer.
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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Bogenfeder zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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In einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftfahrzeugs, wird ein Schwingungsdämpfer verwendet, um Torsionsschwingungen zwischen einem Antriebsmotor, etwa einem Hubkolben-Verbrennungsmotor, und einem Getriebe des Kraftfahrzeugs zu isolieren. Ein üblicher Schwingungsdämpfer umfasst einen Eingangsflansch und einen Ausgangsflansch, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar angeordnet sind. Auf einem Umfang zwischen den Flanschen liegen eine oder mehrere Bogenfedern, deren Enden mit Eingriffselementen beider Flansche in Verbindung stehen. Werden die Flansche relativ zueinander verdreht, so werden die Bogenfedern komprimiert.
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Um die Bogenfedern auf einer radialen Außenseite gegen auftretende Fliehkräfte zu halten und zu stützen, wird üblicherweise ein so genannter Retainer verwendet, der an einem der beiden Flansche ausgebildet sein kann. Der Retainer liegt schalenförmig an der radialen Außenseite der Bogenfeder an und kann beispielsweise durch ein Blech gebildet sein. Werden die Bogenfedern komprimiert, so reiben die Windungen der Bogenfedern in ihren radialen Außenseiten am Retainer. Diese Reibung kann Geräusche erzeugen, einen Abrieb verursachen und eine Temperatur der Bogenfedern erhöhen, weshalb man bestrebt ist, diese Reibung möglichst gering zu halten. Andererseits geht mit der Reibung auch eine bestimmte Dämpfung einher, die zum Abbau der Torsionsschwingungen hilfreich sein kann, so dass die Reibung vorzugsweise nur in einem vorbestimmten Maß bzw. auf eine vorbestimmte Weise reduziert werden soll. Zur konstruktiven Vorbestimmung der Reibkraft zwischen dem Retainer und der Bogenfeder sind unterschiedliche Vorschläge gemacht worden.
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DE 4341373 A1 zeigt einen Drehschwingungsdämpfer mit Bogenfedern, an deren Enden Endkappen angebracht sind, die auf ihren radialen Außenseiten jeweils einen Fortsatz zum Eingriff mit dem Retainer aufweisen. In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Gleitelemente an einzelnen Windungen der Bogenfedern befestigt sein, um einen Kontakt zwischen der Bogenfeder und dem Retainer zu verhindern.
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EP 0236159 A1 zeigt einen Torsionsschwingungsdämpfer mit Druckfedern. Axiale Enden der Druckfedern sind mit Endkappen versehen, um rein axial wirkende Kräfte in die Druckfedern einzuleiten. Einzelne Windungen der Druckfedern liegen nicht am Retainer an.
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Weitere Schwingungsdämpfer mit Bogenfedern und Endkappen sind in der
DE 10119878 A1 und der
DE 4215593 A1 gezeigt.
DE 10019873 A1 zeigt einen vergleichbaren Schwingungsdämpfer auf der Basis von Druckfedern.
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DE 4433467 A1 zeigt einen Schwingungsdämpfer mit einer Bogenfeder, wobei zwischen einer radialen Außenseite der Bogenfeder und einer radialen Innenseite eines Retainers eine Gleitschale zur Verringerung von Reibung angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer anzugeben, bei dem die Reibung zwischen der Bogenfeder und dem Retainer auf einfache Weise verringert ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Schwingungsdämpfers mit den Merkmalen von Anspruch 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein erfindungsgemäßer Schwingungsdämpfer umfasst eine Eingangsseite, eine Ausgangsseite, eine Bogenfeder zur elastischen Kraftübertragung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite, eine sich entlang der Bogenfeder erstreckende Halterung zur Abstützung der Bogenfeder auf einer radialen Außenseite und eine Endkappe zur Übertragung von Kraft zwischen einem axialen Ende der Bogenfeder und der Eingangs- oder Ausgangsseite. Dabei trägt die Endkappe eine Gleithülse, deren Außendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Bogenfeder ist, um im Bereich des axialen Endes der Bogenfeder einen radialen Reibschluss zwischen der Bogenfeder und der Halterung zu verhindern.
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Durch die erfindungsgemäße Gleithülse kann die radiale Reibung an dem axialen Federende auf einfache Weise verringert werden. Gleichzeitig kann ein Abschnitt der Bogenfeder, der sich in einem vorbestimmten Abstand zur Endkappe befindet, eine vorbestimmte Reibung am Retainer erzeugen, und so die Kompression bzw. Dekompression der Bogenfeder bedämpfen. Im Bereich des axialen Endes der Bogenfeder, der sich bei einer Kompression bezüglich des Retainers am stärksten bewegt, kann die Reibung am stärksten verhindert sein, während von diesem Ende entfernte Abschnitte der Bogenfeder mehr oder weniger stark radial außen an dem Retainer reiben. Die Endkappe und die Gleithülse können, beispielsweise durch passende Wahl der Abmessungen, so gestaltet sein, dass sich eine vorbestimmte Reibungskraft zwischen der Bogenfeder und dem Retainer einstellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Endkappe und die Gleithülse rotationssymetrisch ausgeformt und die Gleithülse ist konzentrisch auf der Endkappe angeordnet. Durch diesen einfachen Aufbau können sowohl die Endkappe als auch die Gleithülse kostengünstig herstellbar und einfach aneinander zu montieren sein. Die Gleithülse muss nicht gegen Verdrehen um die Erstreckungsachse der Bogenfeder gesichert werden. Ein Verschleiß der Gleithülse durch Abrieb kann so auf die gesamte radial äußere Oberfläche der Gleithülse verteilt sein, so dass eine Lebensdauer oder Beanspruchbarkeit der Gleithülse entsprechend gesteigert sein können.
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Die radial symmetrische Endkappe kann in drei axiale Abschnitte mit sukzessive abnehmenden Durchmessern untergliedert sein. Ein erster Abschnitt weist einen kleinen Durchmesser zur radialen Anlage an einem Innenumfang der Bogenfeder auf, ein zweiter Abschnitt einen mittleren Durchmesser zur radialen Anlage an der Gleithülse, und ein dritter Abschnitt einen großen Durchmesser zur axialen Anlage an der Eingangs- oder Ausgangsseite.
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Dadurch kann die Endkappe trotz ihres einfachen Aufbaus dazu eingerichtet sein, nicht nur eine radiale Kraft im Bereich des Endes der Bogenfeder abzustützen, sondern darüber hinaus eine vorbestimmte Anzahl weiterer Windungen der Bogenfeder, die sich an das axiale Ende anschließen, reibungsfrei von der Halterung fernzuhalten. Durch geeignete Wahl der Abmessungen der einzelnen Abschnitte der Endkappe, insbesondere der Längen des ersten und des zweiten Abschnitts, kann eine Stützwirkung der Endkappe konstruktiv bestimmt sein. Diese Maße können insbesondere in Abhängigkeit von einem Unterschied der Außendurchmesser der Bogenfeder und der Gleithülse gewählt werden, wobei dieser Unterschied maßgeblich dafür ist, wie lang der Abschnitt der Bogenfeder ist, der radial außen nicht an der Halterung anliegt.
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Bevorzugterweise liegt der Durchmesser des zweiten Abschnitts zwischen einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser der Bogenfeder, so dass die Bogenfeder axial am zweiten Abschnitt abgestützt ist und die Gleithülse axial zwischen der Bogenfeder und dem dritten Abschnitt und radial zwischen am zweiten Abschnitt gehalten ist. Weitere Befestigungsoder Kraftflusselemente zwischen der Endkappe, der Gleithülse und der Bogenfeder können so vermieden werden. Dadurch kann der Schwingungsdämpfer einfach und kostengünstig aufgebaut sein.
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Die Bogenfeder kann axial in zwei Segmente unterteilt sein, zwischen denen eine Zwischenkappe angeordnet ist, die eine weitere Gleithülse trägt. In Verbindung mit der Endkappe können so beliebige Abschnitte der Bogenfeder von der radial außen liegenden Halterung reibungstechnisch isoliert werden, so dass die Reibung zwischen der Bogenfeder und der Halterung in weiten Grenzen eingestellt werden kann. Vorzugsweise ist die Zwischenkappe so ausgeformt, wie eine axiale Aneinanderreihung eines ersten, eines zweiten und eines weiteren ersten Abschnitts der Endkappe.
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Zur Verringerung der Reibung zwischen der Gleithülse und der Halterung sind unterschiedliche vorteilhafte Ausführungsformen möglich. Vorzugsweise ist die Gleithülse aus einem Material gefertigt, das einen niedrigen Reibungskoeffizient mit dem Material der Halterung bildet.
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Ferner kann eine Kante der Gleithülse, die eine Anlagefläche zwischen der Gleithülse und der Halterung begrenzt, eine Fase aufweisen. Ein axiales Verkippen der Gleithülse und ein damit einhergehender Verschleiß der Kante können dadurch verringert sein.
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Die Gleithülse kann in ihrer äußeren Oberfläche eine Tasche zur Speicherung eines Schmiermittels umfassen. Das Schmiermittel kann während des Betriebs des Schwingungsdämpfers allmählich abgegeben werden, so dass ein Schmierfilm zwischen der Gleithülse und der Halterung über lange Zeit aufrechterhalten sein kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gleithülse entlang ihrer äußeren Oberfläche eine Nut zur Aufnahme des Schmiermittels. Dadurch kann das Schmiermittel, das im Bereich der Gleithülse vorhanden ist, beispielsweise ein Öl eines Ölbads, in dem der Schwingungsdämpfer läuft, in verbesserter Weise in den Bereich zwischen der Gleithülse und der Halterung eindringen, um dort einen strapazierfähigen Schmierfilm zu bilden.
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In einer weiter bevorzugten Ausführung umfasst die Gleithülse Poren an ihrer Oberfläche zur Speicherung des Schmiermittels. Die Gleithülse kann insgesamt aus einem porösen Material gebildet sein, das mit dem Schmiermittel getränkt sein kann. Der Schmierfilm kann durch diese Maßnahme in seiner Dauerhaftigkeit und Belastbarkeit verbessert sein.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 einen Schwingungsdämpfer mit Bogenfedern;
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2 eine schematische Darstellung einer Endkappe an einer Bogenfeder des Schwingungsdämpfer aus 1;
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3 die Endkappe aus 2 im Detail;
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4 einen Längsschnitt durch die Endkappe aus den 2 oder 3;
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5 einen Längsschnitt durch die Endkappe aus 4 mit einer Gleithülse;
und
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6 Variationen von Oberflächen der Gleithülse aus 5
darstellt.
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1 zeigt einen Schwingungsdämpfer 100 in einer Explosionsdarstellung. Um eine Drehachse 105 sind ein erster Flansch 110 und ein zweiter Flansch 115 angeordnet. Vom zweiten Flansch 115 ist lediglich ein axiales Eingriffselement 120 dargestellt, das zu einem Eingriffselement 125 am ersten Flansch 110 korrespondiert. Der erste Flansch 110 dient als Eingangsseite und der zweite Flansch 115 als Ausgangsseite, wobei eine umgekehrte Zuordnung ebenfalls möglich ist. Auf einem Umfang um die Drehachse 105 sind mehrere Bogenfedern 130 angeordnet. Jede Bogenfeder 130 umfasst eine Schraubenfeder mit mehreren Windungen 135, wobei axiale Enden jeder Bogenfeder 130 jeweils an zwei Eingriffselementen 120, 125 der Flansche 110 bzw. 115 anliegen.
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Werden der erste Flansch 110 und der zweite Flansch 115 um die Drehachse 105 um einen positiven oder negativen Winkel gegeneinander verdreht, so werden die Bogenfedern 130 jeweils zwischen einem Eingriffselement 120 und einem Eingriffselement 125 komprimiert, so dass der Kraftschluss zwischen den Flanschen 110, 115 elastisch hergestellt ist.
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Am ersten Flansch 110 ist eine radiale Halterung 140 ausgebildet, die auch Retainer genannt wird, um die Bogenfedern 130 radial nach außen abzustützen. Eine Anpresskraft einer Bogenfeder 130 radial nach außen gegen die Halterung 140 ist abhängig von einer Kompression der Bogenfeder 130 und einer Fliehkraft, die unter anderem von einer Drehzahl des Schwingungsdämpfers 100 abhängig ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils des Schwingungsdämpfers 100 aus 1. Die Darstellung entspricht einem Schnitt senkrecht zur Drehachse 105 durch den montierten Schwingungsdämpfer 100. Dabei sind die Eingriffselemente 120, 125 der Flansche 110, 115 in 2 nicht dargestellt.
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Ein axiales Ende der Bogenfeder 130 ist mit einer Endkappe 205 versehen. Die Endkappe 205 ist ein rotationssymetrisches Bauteil, auf das eine hohlzylindrische Gleithülse 210 aufgeschoben ist. In Umfangsrichtung um die Drehachse 105 besteht ein einseitiger Kraftschluss zwischen der Endkappe 205 und der Bogenfeder 130. Vorzugsweise besteht auch ein bezüglich der Erstreckungsachse der Endkappe 205 radialer Kraftschluss zwischen der Endkappe 205 und der Bogenfeder 130, um Biegekräfte zwischen den Elementen zu übertragen.
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Die Gleithülse 210 ist dazu eingerichtet, bezüglich der Drehachse 105 radial außen an der Halterung 140 zu gleiten. Der Außendurchmesser der Gleithülse 210 ist größer als der Außendurchmesser der Bogenfeder 130 und der größte Außendurchmesser der Endkappe 205. In einem Abschnitt 210 der Bogenfeder 130, der an dem axialen Ende der Bogenfeder 130 beginnt, der mit der Endkappe 210 in Anlage steht, liegen die Windungen 135 der Bogenfeder 130 nicht an der Halterung 140 an. Eine radiale Haltekraft auf die Bogenfeder 130 bezüglich der Drehachse 105 wird durch eine erste Kraft 220 im Bereich der Gleithülse 210 und weitere Kräfte 225 bis 250 aufgebracht. Die weiteren Kräfte 225 bis 250 bestehen jeweils an Kontaktstellen der Windungen 135 mit der Halterung 150 und nehmen zwischen dem Ende des Abschnitts 215 und der Mitte zwischen axial einander gegenüberliegenden Enden der Bogenfeder 130 zu.
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3 zeigt die Endkappe 205 aus 2 im Detail. Ein Unterschied zwischen der äußeren Begrenzung der Bogenfeder 130 und der äußeren Begrenzung der Gleithülse 210, die beide bezüglich eines Umfangs um die nicht dargestellte Drehachse 105 bestimmt sind, bildet eine Überhöhung 305. Über die Größe der Überhöhung 305 kann gesteuert werden, wie groß der Abschnitt 215 in 2 ist, auf dem die Windungen 135 keinen Kontakt zur radial äußeren Halterung 140 haben. Je größer die Überhöhung 305 ist, desto länger ist auch der Abschnitt 215.
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4 zeigt einen Längsschnitt durch die Endkappe 210 aus den 2 oder 3. Die Endkappe 205 ist rotationssymetrisch bezüglich ihrer Erstreckungs- bzw. Längsachse 405. Entlang der Längsachse 405 ist die Endkappe 205 in drei axial aneinander angrenzende Abschnitte 410, 415 und 420 unterteilt.
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Der erste Abschnitt 410 ist dazu eingerichtet, in ein axiales Ende der Bogenfeder 130 eingeführt zu werden. Bevorzugterweise ist der Durchmesser des ersten Abschnitts 410 so gewählt, dass der erste Abschnitt 410 radial außen bezüglich seiner Längsachse 405 an einer radialen Innenseite der Bogenfeder 130 anliegt, um Biegekräfte zwischen der Endkappe 205 und der Bogenfeder 130 übertragen zu können. Die Länge des ersten Abschnitts 410 ist vorzugsweise ausreichend, um wenigstens eine Windung 135 der Bogenfeder 130 abzudecken.
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An den ersten Abschnitt 410 grenzt der zweite Abschnitt 415 an, der dazu eingerichtet ist, die Gleithülse 210 zu tragen. Der zweite Abschnitt 415 weist einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt 410 auf. Dabei erfolgt der Übergang zwischen den Durchmessern der beiden Abschnitte 410 und 415 bevorzugterweise stufenförmig. Der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 415 der Endkappe 205 liegt bevorzugterweise zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser der Bogenfeder 130 an dessen axialen Ende, so dass Axialkräfte zwischen der Bogenfeder 130 und dem zweiten Abschnitt 415 übertragbar sind und noch ausreichend radialer Bauraum für die Gleithülse 210 verbleibt. Die Länge des zweiten Abschnitts 415 entspricht vorzugsweise der Länge der Gleithülse 210 oder etwas mehr, um eine Beweglichkeit der Gleithülse 210 auf der Endkappe 205 zu ermöglichen.
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Der dritte Abschnitt 420, der unter den Abschnitten 410–420 den größten Außendurchmesser aufweist, schließt sich axial an den zweiten Abschnitt 415 an, wobei der Übergang wieder vorzugsweise stufenförmig ausgebildet ist. Der dritte Abschnitt 420 ist dazu eingerichtet, axial an den Eingriffselementen 120, 125 der Flansche 115 bzw. 110 anzuliegen. Der Außendurchmesser des dritten Abschnitts 420 ist bevorzugterweise geringfügig kleiner als der Außendurchmesser der Gleithülse 210, so dass der dritte Absatz 420 radial nicht in Reibschluss mit einem anderen Element gerät, wie oben mit Bezug auf die Überhöhung 305 beschrieben wurde.
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Sollen mehrere Bogenfedern 130 axial aneinander angrenzen, so kann eine Variation der in 4 dargestellten Endkappe 205 zur Verbindung der Bogenfedern 130 verwendet werden. Dazu können zwei Endkappen 205 antiparallel miteinander zu einer Zwischenkappe verbunden sein, wobei die dritten Abschnitte 420 der beiden Endkappen 205 axial aneinander anliegen. Die Endkappen 205 können einstückig integriert ausgeführt sein und einer oder beide dritte Abschnitte 420 können entfallen. Die Zwischenkappe kann mit zwei axial versetzten Gleithülsen 210 oder mit einer ausreichend langen Gleithülse 210 versehen sein.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch die Endkappe 205 aus 4 zusammen mit der Gleithülse 210.
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Die Gleithülse 210 weist eine hohlzylindrische Form auf, mit einem Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 415 entspricht oder diesen geringfügig übersteigt, und einem Außendurchmesser, der den Außendurchmesser des dritten Abschnitts 420 übersteigt. Dabei ist die Länge der Gleithülse 210 entlang der Längsachse 405 vorzugsweise so groß wie die Länge des zweiten Abschnitts 415 oder etwas kürzer. Besteht die Gleithülse 210 aus einem elastischen Material, so kann ihre Länge auch etwas größer gewählt werden, um eine Vorspannung auf die Gleithülse 210 zu erzeugen.
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Die Gleithülse 210 ist aus einem verschleiß- und reibungsarmen Material gefertigt, beispielsweise Polytetraflurethen (PTFE), einem anderen Kunststoff, Lagerbronze oder einem Sintermetall. Wie auch in 3 zu sehen ist, ist eine axiale Position der Gleithülse 210 bezüglich der Längsachse 405 durch den dritten Abschnitt 420 der Endkappe 205 und das axiale Ende der Bogenfeder 130 definiert.
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Umlaufende Kanten 505 und 510 der Gleithülse 210, welche die radial äußere Oberfläche der Gleithülse 210 um die Längsachse 405 in axialer Richtung begrenzen, können jeweils mit einer Fase gebrochen sein, um Gleiteigenschaften der Gleithülse 210 an der Halterung 140 zu verbessern.
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6 zeigt unterschiedliche Oberflächen der Gleithülse 210 aus 5. In einer oben dargestellten Variante sind zwei Taschen 605 in die bezüglich der Längsachse 405 radial äußere Oberfläche der Gleithülse 210 eingebracht. Jede Tasche 605 kann als Reservoir für ein Schmiermittel dienen, um das Schmiermittel sukzessive in den Bereich zwischen der Gleithülse 210 und der Halterung 140 zu entlassen.
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In der mittleren Darstellung von 6 ist in die äußere Oberfläche der Gleithülse 210 eine Nut 610 eingebracht, die dem Transport von Schmiermittel zwischen der Gleithülse 210 und der Halterung 140 dient. Die Nut 610 kann parallel zur Längsachse 405, oder auch, wie dargestellt, schräg dazu verlaufen.
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In der unteren Darstellung von 6 ist eine Ausführungsform der Gleithülse 210 gezeigt, bei der eine Anzahl Poren 615 in der äußeren Oberfläche eingebracht ist. Die Poren 615 können das Material der Gleithülse 210 vollständig durchdringen und sind ebenfalls zur Speicherung bzw. Zwischenspeicherung von Schmiermittel vorgesehen, um einen Schmierfilm zwischen der Gleithülse 210 und der Halterung 140 aufrechtzuerhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schwingungsdämpfer
- 105
- Drehachse
- 110
- erster Flansch
- 115
- zweiter Flansch
- 120
- Eingriffselement am zweiten Flansch
- 125
- Eingriffselement am ersten Flansch
- 130
- Bogenfeder
- 135
- Windung
- 140
- Halterung (Retainer)
- 205
- Endkappe
- 210
- Gleithülse
- 215
- Abschnitt
- 220
- erste Kraft
- 225–250
- weitere Kräfte
- 305
- Überhöhung
- 405
- Längsachse
- 410
- erster Abschnitt
- 415
- zweiter Abschnitt
- 420
- dritter Abschnitt
- 505
- erste Kante
- 510
- zweite Kante
- 605
- Tasche
- 610
- Nut
- 615
- Pore
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4341373 A1 [0005]
- EP 0236159 A1 [0006]
- DE 10119878 A1 [0007]
- DE 4215593 A1 [0007]
- DE 10019873 A1 [0007]
- DE 4433467 A1 [0008]
