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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel. Insbesondere betrifft die Erfindung die Anbringung einer Pendelmasse an einem Pendelflansch des Fliehkraftpendels.
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Ein Fliehkraftpendel dient zur Tilgung von Ungleichförmigkeiten einer Drehbewegung, die einer Welle oder einem sonstigen rotierenden Gegenstand aufgeprägt sein können. Das Fliehkraftpendel kann insbesondere in einem Antriebsstrang, etwa eines Kraftfahrzeugs, vorteilhaft angewendet werden. Beispielsweise kann ein Hubkolben-Verbrennungsmotor prinzipbedingt Drehungleichförmigkeiten an den Tag legen, die mittels eines Fliehkraftpendels, das zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet ist, wirksam getilgt werden.
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Ein Fliehkraftpendel umfasst allgemein einen Pendelflansch, an dem eine oder mehrere Pendelmassen verschiebbar befestigt sind. Häufig umfasst die Pendelmasse zwei Pendelelemente, die miteinander verbunden und auf unterschiedlichen axialen Seiten des Pendelflanschs angeordnet sind. Um die Pendelmasse auf einer vorbestimmten Pendelbahn zu halten, kann eine Pendelrolle verwendet werden, die sich in axialer Richtung durch Aussparungen des Pendelflanschs und der Pendelmasse erstreckt. Die Form der Aussparungen im Pendelflansch und der Pendelmasse definiert dann die Pendelbahn. Bevorzugterweise weist die Pendelrolle im axialen Bereich des Pendelflanschs einen größeren Durchmesser als im axialen Bereich der Pendelelemente auf, so dass die Pendelrolle in axialer Richtung gegen Herausfallen geschützt ist.
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Der Übergang zwischen den Durchmessern erfolgt üblicherweise mit einer Stufe, deren Ecken einen möglichst kleinen Radius aufweisen. Trotzdem kann beim Betrieb des Fliehkraftpendels die Pendelmasse in axialer Richtung gegen diesen Radius laufen. Dies durch ein axiales Verschieben oder ein Verkanten der Pendelmasse gegenüber dem Pendelflansch bedingt sein. Läuft die Pendelmasse in den Bereich des kleinen Radius, kann ein so genannter Kantenträger entstehen, bei dem der Bereich des Radius mechanisch hoch belastet wird, während die Pendelrolle in anderen axialen Bereichen nur noch wenig oder überhaupt keine Kraft mehr an die Pendelmasse überträgt. Dadurch kann ein vorzeitiger Verschleiß der Pendelrolle im Bereich des Radius bedingt sein. Außerdem kann durch eine Kerbwirkung ein massiver Schaden an der Pendelrolle auftreten, der zum Bruch oder zum Abplatzen eines Teils der Pendelrolle führen kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fliehkraftpendel anzugeben, dessen Lebensdauer auch bei Verschieben oder Verkanten der Pendelmasse gegenüber dem Pendelflansch erhöht ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Fliehkraftpendels mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Fliehkraftpendel umfasst einen Pendelflansch zur drehbaren Lagerung um eine Drehachse, eine Pendelmasse und eine Pendelrolle, die sich in axialer Richtung durch eine erste Aussparung in der Pendelmasse und durch eine zweite Aussparung im Pendelflansch erstreckt. Die Pendelrolle weist im Bereich des Pendelflanschs einen anderen Durchmesser als im Bereich der Pendelmasse auf und eine Anlage des Pendelflanschs an der Pendelrolle im Übergangsbereich zwischen den unterschiedlichen Durchmessern ist verhindert.
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Das Fliehkraftpendel kann in einer ersten Ausführungsform einen Pendelflansch und eine Pendelmasse umfassen, die aus zwei Pendelelementen besteht, wobei die Pendelelemente an gegenüber liegenden axialen Seiten des Pendelflanschs angeordnet sind. In einer zweiten Ausführungsform kann das Fliehkraftpendel zwei Pendelflansche umfassen, wobei die Pendelmasse axial zwischen den Pendelflanschen angeordnet ist. In beiden Fällen ist die Pendelrolle bevorzugt sowohl gegenüber dem Pendelflansch als auch gegenüber der Pendelmasse drehbar angebracht. Die konstruktive Maßnahme kann in beiden Fällen an der Pendelrolle angebracht werden.
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Durch eine entsprechende konstruktive Maßnahme kann ein Verschleiß der Pendelrolle im Übergangsbereich verringert sein. Eine Kerbwirkung nach einer erhöhten Belastung im Übergangsbereich kann ebenfalls verhindert sein. Ein Abrieb und die Gefahr einer Absplitterung von Materialpartikeln im Bereich der Pendelrolle können dadurch verringert sein. Die Lebensdauer des Fliehkraftpendels kann so verlängert sein.
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Zur Verhinderung der Anlage können unterschiedliche Varianten verfolgt werden, die auch miteinander kombiniert werden können. In einer ersten Variante ist im Übergangsbereich ein Außenfreistich in die Pendelrolle eingebracht. Durch den Außenfreistich kann eine Anlage der Pendelmasse im Übergangsbereich wirksam verhindert sein.
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In einer ersten Ausführungsform erstreckt sich dabei der Außenfreistich in radialer Richtung der Pendelrolle. Bei der Herstellung der Pendelrolle kann der radiale Außenfreistich einfach und kostengünstig eingebracht werden.
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In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich der Außenfreistich in axialer Richtung der Pendelrolle. Dadurch kann ein verbesserter Schutz gegenüber axialem Anlaufen der Pendelmasse an dem Übergangsbereich der Pendelrolle erzielt werden.
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In einer zweiten Variante ist an der ersten Aussparung eines Pendelelements an einer dem Pendelflansch zugewandten Kante ein Innenfreistich in das Pendelelement eingebracht. Dadurch kann ebenfalls Material aus dem Übergangsbereich entfernt sein, sodass ein Kontakt zwischen der Pendelrolle und der Pendelmasse im Übergangsbereich vermieden wird. Der Innenfreistich kann ebenfalls in axialer Richtung, in radialer Richtung oder in beiden Richtungen eingebracht sein.
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Bevorzugterweise erstreckt sich der Innenfreistich in axialer Richtung der Pendelrolle über eine Länge, die wenigstens so groß ist wie eine axiale Länge des Übergangsbereichs der Pendelrolle. Dadurch kann der Innenfreistich an die Größe des Übergangsbereichs angepasst sein. Die Pendelrolle und die Pendelmasse können dadurch in gegenseitiger Übereinstimmung gefertigt werden. Durch das potenziell weniger genaue Ausarbeiten des Übergangsbereichs an der Pendelrolle können Kosten eingespart werden.
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In unterschiedlichen Ausführungsformen kann der Innenfreistich eines von einem Radius, einer Fase und einer Stufe umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Innenfreistich auch eine andere Form aufweisen.
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Der Innenfreistich kann durch Stanzen der ersten Aussparung von der dem Pendelflansch zugewandten Seite aus gebildet sein. Durch diese einfache Maßnahme kann der Innenfreistich groß genug sein, um ein Anliegen der Pendelmasse im Übergangsbereich der Pendelrolle zu verhindern. Bei üblichen Fliehkraftpendeln wird die umgekehrte Stanzrichtung bevorzugt, bei der der durch das Stanzen gebildete Innenfreistich auf der vom Pendelflansch abgewandten Seite des Pendelelements zu liegen kommt.
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In einer dritten Variante umfasst die Pendelrolle im Bereich des größeren Durchmessers ein radial inneres erstes Element und ein radial äußeres zweites Element. Dabei ist eine axiale Länge des zweiten Elements größer als eine axiale Länge des ersten Elements, um das axiale Anliegen des ersten Elements an der Pendelmasse zu verhindern.
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In dieser Variante kann eine Masse der Pendelrolle insgesamt verringert sein.
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Das zweite Element kann aus einem elastischeren Material als das erste Element hergestellt sein. Insbesondere können das erste Element aus einem Stahl und das zweite Element aus einem Kunststoff, einem Polymer oder einem Kautschukprodukt bestehen. Die elastischen und schwingungsdämpfenden Eigenschaften des Materials des zweiten Elements können zusätzlich dazu beitragen, die Pendelmasse gegenüber dem Pendelflansch mechanisch zu beruhigen. Die Impulswirkung eines harten Schlags beim Abbremsen der Pendelmasse gegenüber dem Pendelflansch mittels der Pendelrolle kann dadurch verringert sein. Dadurch kann die Lebensdauer des Fliehkraftpendels weiter verlängert sein. Außerdem kann eine Geräuschbelastung im Betrieb des Fliehkraftpendels verringert sein.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben. Dabei zeigen:
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1 ein Fliehkraftpendel;
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2 eine Pendelrolle am Fliehkraftpendel von 1;
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3 die Pendelrolle am Fliehkraftpendel von 1 in einer weiteren Ausführungsform;
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4 die Pendelrolle am Fliehkraftpendel von 1 in noch einer weiteren Ausführungsform;
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5 verschiedene Ausführungsformen von Pendelmassen am Fliehkraftpendel von 1;
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6 eine weitere Ausführungsform einer Pendelrolle am Fliehkraftpendel von 1, und
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7 die Pendelrolle von 6 in einer weiteren Ansicht.
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1 zeigt ein Fliehkraftpendel 100, insbesondere zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das Fliehkraftpendel 100 umfasst einen Pendelflansch 105, der unmittelbar oder mittelbar um eine Drehachse 110 drehbar gelagert ist. Ferner ist eine Pendelmasse 115 vorgesehen, die in der vorliegenden Ausführungsform zwei Pendelelemente 120 umfasst, die auf unterschiedlichen axialen Seiten des Pendelflanschs 105 angeordnet sind. Üblicherweise sind die Pendelmassen 115 in axialer Richtung mittels eines oder mehrerer axialer Bolzen starr miteinander verbunden. Zur Definition einer Pendelbahn der Pendelmasse 115 gegenüber dem Pendelflansch 105 ist eine Pendelrolle 125 vorgesehen. Die Pendelrolle 125 erstreckt sich durch eine erste Aussparung 130 in jeder der Pendelelemente 120 und eine dazwischenlegende zweite Aussparung 135 im Pendelflansch 105. Die Pendelrolle 125 ist rotationssymmetrisch aufgebaut und hat im Bereich des Pendelflanschs 105 einen ersten Durchmesser und im Bereich der Pendelmasse 115 bzw. der Pendelelemente 120 einen zweiten Durchmesser. Dabei ist der zweite Durchmesser in der dargestellten Ausführungsform kleiner als der erste Durchmesser. Durch die unterschiedlichen Durchmesser sind zwei Übergangsbereiche 145 gegeben, die üblicherweise als Stufen ausgeführt sind. Der Durchmesser der Pendelrolle 125 im Bereich des Pendelflanschs 105 ist üblicherweise größer als die Weite der Aussparung 130, sodass die Pendelrolle 125 gegen Herausfallen in axialer Richtung geschützt ist.
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In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform umfasst die Pendelmasse nur ein Pendelelement, das in axialer Richtung zwischen zwei Pendelflanschen 105 angeordnet ist. In Bezug auf die Pendelrolle 125 und den Übergangsbereich 140 ist diese Ausführungsform jedoch gleichberechtigt mit der dargestellten Ausführungsform.
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Während des Betriebs des Fliehkraftpendels 100 bewegt sich die Pendelmasse 115 in der Drehebene des Pendelflanschs 105. Kommt es zu einem Verkanten der Pendelmasse 115 gegenüber der Pendelrolle 125 oder zu einer axialen Verschiebung der Pendelrolle 125 gegenüber der Pendelmasse 115, so kann der Übergangsbereich 140 durch Anlage stark beansprucht werden. In der dargestellten Ausführungsform kann insbesondere eines der Pendelelemente 120 vorwiegend im Übergangsbereich 140 eine radiale Kraft an die Pendelrolle 125 übertragen. Eine solche Konstellation wird auch Kantenträger genannt. In der oben beschriebenen, nicht dargestellten Ausführungsform kann der Übergangsbereich 140 bei entsprechendem Verkanten der Pendelmasse 115 auch durch Anlage eines der Pendelflansche 105 am Übergangsbereich 140 in entsprechender Weise stark beansprucht werden.
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Um den Übergangsbereich 140 vor derartiger Überbeanspruchung zu schützen, sind unterschiedliche konstruktive Varianten denkbar, die auch miteinander kombinierbar sind. In einer ersten Variante wird die Form der Pendelrolle 125 verändert, um den Übergangsbereich 140 zu entlasten. Ausführungsformen sind dazu sind in den 2 bis 4 dargestellt. In einer zweiten Variante wird das Pendelflansch 105 oder die Pendelmasse 115 angepasst, um den Übergangsbereich zu entlasten. Ausführungsformen hierzu sind in 5 dargestellt. In einer dritten Variante, die in den 6 und 7 dargestellt ist, ist die Pendelrolle 125 zweiteilig aufgebaut, wobei eines der Teile dafür sorgt, dass der Pendelflansch 105 oder die Pendelmasse 115 einen vorbestimmten axialen Abstand vom Übergangsbereich 140 einhalten.
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2 zeigt einen Halbschnitt der Pendelrolle 125 am Fliehkraftpendel 100 von 1. Für die oben beschriebene, nicht dargestellte Ausführungsform des Fliehkraftpendels 100 mit zwei Pendelflanschen 105 und einer einteiligen Pendelmasse 115 kann das dargestellte Pendelelement 120 gedanklich auch durch den Pendelflansch 105 ersetzt werden.
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In der dargestellten Ausführungsform ist im Übergangsbereich 140 ein axialer Außenfreistich 205 in die Pendelrolle 125 eingebracht.
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Unter einem Freistich wird allgemein eine Abtragung an einer rotationssymmetrischen Innenkante mit einer bestimmten Form und festgelegten Maßen verstanden, die bevorzugterweise sowohl dem eingesetzten Werkzeug bei der Fertigung als auch dem anliegenden Teil beim Zusammenbau den erforderlichen Freiraum gibt. Ein Freistich kann als kleiner Hinterschnitt ausgeführt sein. Es wird unterschieden zwischen einem Außenfreistich, der üblicherweise an einer Welle durchgeführt wird, und einem Innenfreistich, der üblicherweise an einer Nabe ausgeformt wird. Der Innenfreistich kann sich radial nach innen und der Außenfreistich radial nach außen erstrecken. Zusätzlich oder alternativ können sich beide in axialer Richtung erstrecken.
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Der dargestellte Innenfreistich 205 erstreckt sich exemplarisch nur in radialer Richtung.
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3 zeigt die Pendelrolle 125 am Fliehkraftpendel 100 von 1 in einer weiteren Ausführungsform. Abweichend von der in 2 dargestellten Ausführungsform ist hier ein radialer Außenfreistich 205 vorgesehen.
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4 zeigt die Pendelrolle 125 am Fliehkraftpendel 100 von 1 in noch einer weiteren Ausführungsform. Der Innenfreistich 205 verläuft hier ebenfalls in radialer Richtung. Der Innenfreistich 205 kann auch in Kombination aus Merkmalen der 2 bis 4 ausgeführt werden.
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5 zeigt verschiedene Ausführungsformen von Pendelmassen 115. Bezug nehmend auf das Fliehkraftpendel 100 von 1 betrifft die folgende Beschreibung die Ausgestaltung der ersten Aussparung 130 in einem Pendelelement 120. In der oben beschriebenen, nicht dargestellten Ausführungsform mit zwei Pendelflanschen 105 und einer einteiligen Pendelmasse 115 kann bezüglich 5 das Pendelelement 120 gedanklich durch den Pendelflansch 105 ersetzt werden.
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Im oberen Bereich von 5 ist die Anordnung aus Pendelrolle 125 und Pendelelement 120 erneut dargestellt. Im Übergangsbereich 140 ist an der Pendelmasse 120 ein Innenfreistich 505 vorgesehen, um ein Anliegen des Pendelelements 120 an der Pendelrolle 125 im Übergangsbereich 140 zu verhindern. In radialer Richtung erstreckt sich der Außenfreistich 505 über eine Länge, die im Folgenden mit s bezeichnet wird.
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Im unteren Bereich von 5 sind unterschiedliche Formen des Innenfreistichs 505 dargestellt. Von links nach rechts sind ein Einzug, eine Rundung, eine Fase und ein Rücksprung dargestellt. Das Maß s ist jeweils eingezeichnet. Es ist bevorzugt, dass das Maß s wenigstens so groß wie der Übergangsbereich 140 in axialer Richtung der Pendelrolle 125 ist. Andere als die gezeigten Formen des Innenfreistichs 505 sind ebenfalls möglich.
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Der in 5 unten links dargestellte Einzug kann gebildet sein, indem die Aussparung 130 mittels Stanzen ins Pendelelement 120 eingebracht wird. Um den Einzug auf der axialen Seite des Pendelelements 120 auszubilden, die der Pendelrolle 125 zugewandt ist, sollte das Stanzen von der Seite aus erfolgen, von der die Pendelrolle 125 später in die Aussparung 130 eingeführt wird. In der in 1 dargestellten Ausführungsform fährt der Stanzstempel also bevorzugt von der axial inneren zur axial äußeren Seite durch jedes Pendelelement 120. Insbesondere der als Radius und Fase ausgebildete Innenfreistich 505 kann beispielsweise mittels Fräsen, Senken, Prägen oder Bürsten erzeugt werden. Der als Rücksprung oder Senkung ausgeführte Innenfreistich 505 kann beispielsweise mittels Materialdurchstellung, Prägen oder Fräsen ausgebildet werden.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Pendelrolle 125 am Fliehkraftpendel 100 von 1. In der dargestellten Ausführungsform ist die Pendelrolle 125 zweiteilig aufgebaut und umfasst ein radial inneres erstes Element 605 und ein radial äußeres zweites Element 610. Das zweite Element 610 liegt reifenförmig an dem Abschnitt der Pendelrolle 125 mit dem größeren Durchmesser. Die radiale Außenseite des zweiten Elements 610 ist zur Anlage an einer Begrenzung der zweiten Aussparung 135 des Pendelflanschs 105 eingerichtet. Dabei ist eine axiale Länge des zweiten Elements 610 entlang der Drehachse der Pendelrolle 125 größer als die axiale Länge des Bereichs des ersten Elements 605 mit dem größeren Durchmesser. Wird eines der Pendelelemente 120 in axialer Richtung auf das zweite Element 610 der Pendelrolle 125 zu bewegt, so gelangt es in axialen Kontakt mit dem zweiten Element 610, ohne das erste Element 605 axial zu berühren. Der axiale Überstand des zweiten Elements 610 über den mittleren Bereich des ersten Elements 605 ist bevorzugterweise nach beiden Seiten gleichmäßig verteilt, sodass der Schutz gegen Anlaufen für beide Pendelelemente 120 gilt. Durch das Verhindern des axialen Anlaufens eines der Pendelelemente 120 an den Abschnitt des ersten Elements 605 mit dem größeren Radius wird eine mechanische Belastung des Übergangsbereichs 140 wirksam verhindert.
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Es ist bevorzugt, dass das zweite Element 610 aus einem verformbareren Material als das erste Element 605 besteht. Insbesondere kann das zweite Element 610 elastische und/oder schlagdämpfende Eigenschaften aufweisen. Außerdem ist bevorzugt, dass das zweite Material 610 verschleißfest gegen Abreiben ist. Beispielsweise kann das erste Element 605 aus einem Stahl und das zweite Element 610 aus einem Kunststoff, einem Polymer oder einem Kautschukprodukt wie Gummi herstellbar sein.
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7 zeigt die Pendelrolle 125 von 6 in einer perspektivischen Ansicht. Eine radial äußere Oberfläche des zweiten Elements 610 ist eine Lauffläche und kann ballig ausgeführt sein, indem der Querschnitt des zweiten Elements 610 auf der radialen Außenseite konvex ist. Axiale Anlageflächen des zweiten Elements 610 können, wie in 6 dargestellt ist, ausgeformt sein, um vollflächig an den Pendelelementen 120 anzuliegen oder die radialen Oberflächen können angestellt sein und jeweils einen Teil eines Kegelmantels bilden, so dass die axialen Anlageflächen verkleinert sind.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fliehkraftpendel
- 105
- Pendelflansch
- 110
- Drehachse
- 115
- Pendelmasse
- 120
- Pendelelement
- 125
- Pendelrolle
- 130
- erste Aussparung
- 135
- zweite Aussparung
- 140
- Übergangsbereich
- 205
- Außenfreistich
- 505
- Innenfreistich
- 605
- erstes Element
- 610
- zweites Element
