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Die Erfindung betrifft eine Torsionsdämpfungseinrichtung, umfassend eine Planetengetriebeanordnung mit mehreren mit einem über eine Welle antreibbaren Antriebsritzel kämmenden Planetenrädern und wenigstens ein Federelement zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten des Antriebsritzels.
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Eine solche Torsionsdämpfungseinrichtung kommt üblicherweise in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine zum Einsatz. Das Antriebsritzel der Torsionsdämpfungseinrichtung sitzt auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine kommt es prinzipbedingt zu Drehungleichförmigkeiten an der Kurbelwelle, die nachteilig sind und über die Torsionsdämpfungseinrichtung bedämpft werden. Hierzu ist seitens der Torsionsdämpfungseinrichtung eine Planetengetriebeanordnung vorgesehen, die der Leistungsverzweigung dient, und die mit einem Federelement gekoppelt ist. Dieses Federelement, beispielsweise eine Bogenfeder, befindet sich im rotierenden System der Torsionsdämpfungseinrichtung, rotiert also mit, was es erfordert, dass das Federelement entsprechend fixiert ist. Nachteilig ist ferner, dass die Integration des Federelements die rotierende Masse erhöht.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Torsionsdämpfungseinrichtung anzugeben.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Torsionsdämpfungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Federelement außerhalb eines die Planetenräder umgebenden, um die Rotationsachse des Antriebsritzels drehbaren Hohlrads, mit dessen Innenverzahnung die Planetenräder kämmen, angeordnet und mit einem Ende am Hohlrad und mit dem anderen Ende an einem positionsfesten Widerlager abgestützt ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Torsionsdämpfungseinrichtung ist das wenigstens eine Federelement außerhalb des rotierenden Systems angeordnet, das heißt, es befindet sich außerhalb der über die Planetengetriebeanordnung realisierten Leistungsverzweigung. Die Planetengetriebeanordnung umfasst ein Hohlrad, in dem die Planetenräder, mit dem Hohlrad kämmend, angeordnet sind. Das Hohlrad selbst ist über das wenigstens eine Federelement zu einen positionsfesten Widerlager, beispielsweise dem Motor- oder Getriebegehäuse, hin abgestützt. Es ist um die Drehachse des Antriebsritzels drehbar, was dazu führt, dass im Falle einer Drehungleichförmigkeit, die in einer Änderung der Bewegung der Planetenräder resultiert, eine Rotation des Hohlrads einsetzt, die jedoch über das wenigstens eine Federelement, das infolge der Rotation beispielsweise etwas komprimiert wird, gedämpft wird. Das Hohlrad ist also über das wenigstens eine Federelement quasi „aufgehängt“.
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Infolge der erfindungsgemäßen Anordnung des Federelements außerhalb des rotierenden Systems, also außerhalb der Planetengetriebeanordnung, erfährt das Federelement keine Fliehkraft, sondern ist quasi positionsfest, abgesehen von den Dämpfungsbewegungen, die aus den Drehungleichförmigkeiten resultieren. Es findet folglich, anders als im Stand der Technik, keine Fliehkrafttreibung statt, was es ermöglicht, das Federelement bei Bedarf anders auszulegen und gegebenenfalls größer zu dimensionieren, als bei einer Integration in das rotierende System möglich wäre. Darüber hinaus kann die Masse des rotierenden Systems reduziert werden, da das Federelement hierzu keinen Beitrag mehr leistet.
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Die Kopplung der Planetengetriebeanordnung zum Getriebe kann auf beliebige Weise erfolgen, beispielsweise über eine nachgeschaltete Drehmomentübertragungseinrichtung oder eine Kupplung, bei der es sich um eine Einfach- oder Doppelkupplung, nass oder trocken, handeln kann, oder über einen Drehmomentwandler und Ähnliches, also eine entsprechende Funktionsgruppe, die die Übertragung des über die Planetengetriebeanordnung verzweigten Drehmoments an das Getriebe ermöglicht.
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Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann nur ein bogenförmig verlaufendes Federelement, das um nahezu 360° um das Hohlrad umläuft, vorgesehen sein. Hier wird also nur ein Federelement, in diesem Fall eine lange Bogenfeder, die sich um nahezu 360° um das Hohlrad erstreckt, verwendet. Dies bietet den Vorteil, dass nur ein Teil zu verbauen ist, was hier ohne weiteres möglich ist, da das Federelement außerhalb des rotierenden Systems ist. Denn es kommt in diesem Fall, selbst wenn das eine Federelement stark zusammengedrückt wird, nicht zur Ausbildung einer Unwucht im rotierenden System, da das Federelement nicht Teil desselben ist. Daher kann bei der erfindungsgemäßen Torsionsdämpfungseinrichtung eine solche, nur ein Federelement umfassende Ausgestaltung realisiert werden.
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Alternativ dazu ist es denkbar, mehrere umfangsmäßig symmetrisch versetzt angeordnete Federelemente, die jeweils am Hohlrad und am Widerlager abgestützt sind, vorzusehen. Bei dieser Erfindungsausgestaltung sind also mehrere Federelemente, beispielsweise vier Federelemente, die um jeweils 90° versetzt sind, verbaut, wobei jedes Federelement einerseits am Hohlrad und andererseits am Widerlager, also beispielsweise dem Motor- oder Getriebegehäuse, abgestützt ist.
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Eine dritte Erfindungsalternative sieht vor, mehrere Gruppen von Federelementen, jeweils bestehend aus zwei oder mehr in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Federelementen, vorzusehen, wobei jede Gruppe jeweils am Hohlrad und an einem Widerlager abgestützt ist. Hier besteht also jede Federelementgruppe aus zwei oder mehr einander in Umfangsrichtung nachgeschalteter Federelemente, die in ihrer Gesamtheit quasi eine entsprechend lange Federelementanordnung darstellen. Auch hier können beispielsweise drei oder vier derartige Federelementgruppen vorgesehen sein, die entsprechend symmetrisch um den Umfang versetzt angeordnet sind.
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Zweckmäßig ist es, wenn dem oder jedem Federelement ein oder mehrere es radial nach außen abstützende, an einem das Hohlrad ringförmig umgebenden positionsfesten Bauteil angeordnete Gleitelemente zugeordnet sind. Über diese Gleitelemente sind das oder die Federelemente radial außen geführt, so dass ein Einknicken im Falle einer Komprimierung des oder der Federelemente verhindert wird, da sie radial nach außen abgestützt sind. Ein solches Gleitelement kann beispielsweise eine längere, gebogene Schiene oder separate Gleitschuhe oder Ähnliches sein.
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Das oder die Federelemente sind bevorzugt in Form einer oder mehrerer Schraubenfedern ausgeführt, die je nach Konfiguration sowohl hinsichtlich Länge als auch hinsichtlich der gewünschten Federeigenschaften ausgeführt beziehungsweise gewählt sind.
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Um das respektive jedes Federelement entsprechend abstützen zu können, sind am Hohlrad ein oder mehrere das oder die Federelemente abstützende Radialvorsprünge vorgesehen, wie auch an einem oder dem das Hohlrad ringförmig umgebenden positionsfesten Bauteil ein oder mehrere Widerlager bildende Radialvorsprünge vorgesehen sind. Die Federelemente, also beispielsweise die Schraubenfedern, sind also mit ihren jeweiligen Enden an einfachen Radialvorsprüngen aufgelagert, wobei der Abstand dieser Radialvorsprünge zueinander in Umfangsrichtung gesehen die jeweilige Länge der Federelemente oder Federelementpakete definiert. Im Falle einer einzigen, ca. 360° umlaufenden Feder sind die Radialvorsprünge am Hohlrad und am Bauteil entsprechend nahe beieinander, bei kürzeren Federelementen respektive einem Versatz derselben um z. B. 90° liegen die Radialvorsprünge um ein entsprechendes Winkelstück versetzt zueinander.
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Gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung kann erfindungsgemäß ein Mittel zum Verändern der dämpfenden Eigenschaft des oder der Federelemente vorgesehen sein. Über dieses Veränderungsmittel ist die Dämpfung, die über das oder die Federelemente erzielt werden kann, variier- respektive einstellbar, das heißt, dass letztlich die Kennlinie verändert werden kann. Dies kann dadurch erfolgen, dass über das Veränderungsmittel der Federweg respektive der Federvorgang beziehungsweise die Federbewegung verändert respektive gesteuert werden kann.
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Um dies zu ermöglichen, sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Mittel ein oder mehrere steuerbare, ein Magnetfeld erzeugende Elemente umfassen, das oder die positionsfest und benachbart zu dem oder den Federelementen angeordnet sind und deren erzeugtes Magnetfeld mit dem oder den Federelementen und/oder mit dem oder den Federelementen zugeordneten Koppelelementen wechselwirkt. Es wird also eine magnetische Wechselwirkung zwischen dem Veränderungsmittel und dem oder den Federelementen realisiert, indem über eine entsprechende Steuerungseinrichtung gesteuert ein Magnetfeld oder mehrere Magnetfelder erzeugt werden, die mit dem Federelement respektive dem Federelementmaterial wechselwirken. Dies führt dazu, dass beispielsweise die Reibung eines Federelements beispielsweise an einer radial außenliegenden Gleitführung oder ähnlichem infolge dieser magnetischen Wechselwirkung erhöht werden kann, so dass bei einer Kraftbeaufschlagung des Federelements dieses ein anderes Einfederverhalten zeigt als ohne magnetische Wechselwirkung. Alternativ zur unmittelbaren Wechselwirkung des oder der Magnetfelder mit dem Federelement respektive dem Federelementmaterial selbst ist es denkbar, dass das oder die erzeugten Magnetfelder mit einem oder mehreren Koppelelementen, die den Federelementen zugeordnet sind, wechselwirken. Diese Koppelelemente sind entsprechend mechanisch mit dem oder den Federelementen verbunden. Ist ein auf ein Koppelelement wirkendes Magnetfeld gegeben, so wird dieses in seiner Beweglichkeit, da magnetisch „gebremst“, beeinträchtigt, woraus wiederum eine entsprechende geänderte Beweglichkeit des Federelements beim Einfedern resultiert. Das heißt, dass über eine solche quasi elektromagnetische Beweglichkeitssteuerung des oder der Federelemente eine gezielte Veränderung der Federkennlinien respektive der Dämpfungscharakteristik erreicht werden kann.
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Bevorzugt werden als Koppelelemente die dem oder den Federelementen zugeordneten, an dem Bauteil in diesem Fall beweglich geführten Gleitelemente, die mit dem oder den Federelementen mechanisch gekoppelt sind, verwendet. Diese Gleitelemente respektive Gleitschuhe dienen wie beschrieben einerseits der Gleitlagerung und Abstützung des oder der Federelemente radial nach außen. Bei dieser Erfindungsausgestaltung werden sie jedoch zusätzlich auch als Koppelelemente, die mit dem Magnetfeld wechselwirken, verwendet. Über diese magnetische Kopplung kann wiederum die Reibung eines Koppelelements an seiner radialen Außenführung erhöht werden, woraus sich wiederum eine Veränderung der Bewegungscharakteristik des Federelements ergibt und Ähnliches. Die Gleitelemente oder Gleitschuhe sind hierzu mechanisch fest mit dem Federelement verbunden, beispielsweise indem sie in eine Windung der Schraubenfeder eingreifen, oder indem sie mit einer Windung verschweißt sind und Ähnliches.
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Als ein ein Magnetfeld erzeugendes Element ist vorzugsweise eine Spule vorgesehen, die, über eine Steuerungseinrichtung entsprechend gesteuert beziehungsweise bestromt wird. Hierüber kann die Stärke des Magnetfelds entsprechend eingestellt werden, und damit auch der Grad der Wechselwirkung respektive Reibungsbremsung des Federelements oder Koppelelements.
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Alternativ zur Verwendung einer solchen elektromagnetischen Dämpfungssteuerung ist es denkbar, dass die Mittel zum Verändern der Dämpfung ein oder mehrere hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbare, bewegliche Elemente umfassen, die mechanisch mit dem oder den Federelementen oder dem oder den, mit dem oder den Federelementen mechanisch gekoppelten, Gleitelementen wechselwirken. Hier sind also beispielsweise entsprechende Stempel vorgesehen, die hydraulisch oder pneumatisch beispielsweise gegen eine Rückstellkraft beweglich sind und gegen ein Koppelelement bewegt werden können, so dass es dort zu einer Reibbeanspruchung kommt, die wiederum die Beweglichkeit des Koppelelements beeinträchtigt und folglich die Feder- beziehungsweise Dämpfungscharakteristik verändert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Torsionsdämpfungseinrichtung einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Teilansicht, geschnitten, der Torsionsdämpfungseinrichtung aus 1,
- 3 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Torsionsdämpfungseinrichtung einer dritten Ausführungsform, und
- 4 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Torsionsdämpfungseinrichtung einer vierten Ausführungsform.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfungseinrichtung 1, umfassend eine Planetengetriebeanordnung 2 mit mehreren außenverzahnten Planetenrädern 3, die mit einem außenverzahnten Antriebsritzel 4, das mit einer Antriebswelle 5, beispielsweise einer Kurbelwelle, verbunden ist, kämmen.
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Die Planetengetriebeanordnung 2 umfasst ferner ein Hohlrad 6, mit dessen Innenverzahnung die Planetenräder 3 ebenfalls kämmen. Das Hohlrad 6 selbst ist um die Drehachse der Antriebswelle 5 drehbar. Es ist in einem äußeren, ringförmigen Bauteil 7 aufgenommen, das beispielsweise Teil eines Motor- oder Getriebegehäuses ist oder an einem solchen befestigt ist. Über zwei Federelemente 8, hier in Form von gebogenen Schraubenfedern, ist das Hohlrad 6 gegenüber dem positionsfesten Bauteil 7 abgestützt. Hierzu sind im gezeigten Beispiel am Hohlrad 6 zwei Radialvorsprünge 9 vorgesehen, an denen die Federelemente 8 mit einem Ende aufgelagert sind, während am Bauteil 7 zwei Radialvorsprünge 10 vorgesehen sind, an denen das andere Ende der Federelemente 8 abgestützt ist.
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Im Betrieb rotiert die Antriebswelle 5 und mit ihr das Antriebsritzel 4 sowie die Planetenräder 3. Im normalen Betrieb ist das Hohlrad 6 quasi positionsfest, nachdem die Planetenräder 3 über eine nicht näher gezeigte, ein Drehmoment übertragende Verbindung mit dem Getriebe verbunden sind. Die Planetengetriebeanordnung 2 bildet eine Leistungsverzweigung.
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Kommt es zu Drehungleichförmigkeiten des Antriebs, über den die Antriebswelle 5 angetrieben wird, also dem Verbrennungsmotor, so kommt es zu einer Drehbewegung des Hohlrads 6, worüber diese Ungleichmäßigkeiten gedämpft werden. Denn eine Verdrehung des Hohlrads 6 führt zwangsläufig zu einer Kompression der Federelemente 8, das heißt, diese werden komprimiert und nehmen hierüber die Drehungleichförmigkeit auf beziehungsweise dämpfen diese. Diese Drehbewegung ist in 1 über die beiden Pfeile P angedeutet. Nach Abbau der Drehungleichförmigkeit stellen sich die Federelemente 8 wieder zurück.
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Gezeigt ist des Weiteren ein Mittel 11 zur Veränderung der dämpfenden Eigenschaften des oder der Federelemente 8. Das Mittel 11 umfasst im gezeigten Beispiel sechs Spulen 12, die über eine Steuerungseinrichtung 13 gezielt und gegebenenfalls auch separat bestromt werden können. Die Spulen 12 dienen dem Aufbau eines Magnetfelds, das mit Koppelelementen 14 zusammenwirkt. Diese Koppelelemente 14 dienen im gezeigten Beispiel zusätzlich als Abstützelemente für die Federelemente 8. Zu diesem Zweck sind die Koppelelemente 14, die auch als Gleitelemente oder Gleitschuhe bezeichnet werden können, am Innenumfang des ringförmigen Bauteils 7 abgestützt und geführt.
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Das jeweilige Magnetfeld, das über die Spulen 12 erzeugt wird, wechselwirkt mit dem jeweiligen metallenen Koppelelement 14. Je nach Stärke dieser magnetischen Wechselwirkung wird die Beweglichkeit des jeweiligen Koppelelements 14 mehr oder weniger beeinflusst. Bei starker Kopplung bedarf es einer größeren Kraft, um die Koppelelemente 14 zu bewegen und damit das jeweilige Federelement 8 zu komprimieren, verglichen mit einer schwächeren magnetischen Kopplung. Hierüber kann also die Beweglichkeit des Federelements und respektive seiner Kennlinie und damit die dämpfende Eigenschaft des jeweiligen Federelements verändert werden, so dass auf entsprechende unterschiedliche Drehungleichförmigkeiten gegebenenfalls durch eine Änderung der Dämpfungscharakteristik reagiert werden kann.
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Ersichtlich befinden sich die beiden Federelemente 8 nicht innerhalb des rotierenden Systems, bestehend aus Antriebswelle 5, Antriebsritzel 4 und Planetenrädern 3, vielmehr ist es ausgelagert in den ruhenden Bereichen der Torsionsdämpfungseinrichtung 1. Dies führt dazu, dass die bewegte Masse des Systems deutlich reduziert werden kann, wie auch keine besonderen Vorkehrungen hinsichtlich der Federelementlagerung und Abstützung etc. getroffen werden müssen.
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2 zeigt eine Schnittansicht durch die Torsionsdämpfungseinrichtung 1 aus 1. Gezeigt ist die Welle 5 mit dem Antriebsritzel 6 sowie einem Planetenrad 3. Gezeigt ist auch das Hohlrad 6 mit einem Radialvorsprung 9 sowie ein Federelement 8 und ein Koppelelement 14 mit zugeordneter Spule 12 im Bauteil 7.
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Gezeigt ist zur weiteren Reduzierung von Ungleichförmigkeiten eine zusätzliche Schwingmasse 15, die wellenseitig vorgesehen ist, wie auch eine, optional durch die Strichelung gezeigte Zusatzmasse 16, die am Hohlrad 6 vorgesehen ist.
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Weiterhin ist lediglich exemplarisch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 17 vorgesehen, über die die Planetenräder 3 mit einem nachgeschalteten Getriebe gekoppelt sind. Bei dieser Verbindungseinrichtung 17 kann es sich um eine beliebige Drehmomentübertragungseinrichtung handeln, beispielsweise einem Drehmomentwandler oder eine Einfach- oder Doppelkupplung, nass oder trocken betrieben, oder eine Flexplatte oder Ähnliches.
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In 2 ist, als alternative Möglichkeit zur Beeinflussung der Dämpfungscharakteristik, ein pneumatisch oder hydraulisch ansteuerbares, bewegliches Element 18, beispielsweise ein Stift oder Ähnliches, das axial gegen ein dann als reines gleitendes Element fungierendes Gleitelement 14 bewegbar ist, gezeigt. Das Element 18 greift beispielsweise stirnseitig axial an und kann auf diese Weise bedingt durch die Reibung die Beweglichkeit des Gleitelements 14 beeinflussen, worüber wiederum eine Veränderung der Dämpfungscharakteristik möglich ist.
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3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Torsionsdämpfungseinrichtung 1, bei der gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile verwendet werden. Gezeigt ist wiederum eine Welle 5 nebst Antriebsritzel 4 sowie die Planeten 3 und Hohlrad 6 sowie positionsfestem Bauteil 7. Bei dieser Ausgestaltung ist lediglich ein einziges Federelement 8 in Form einer um nahezu 360° umlaufenden Schraubenfeder dargestellt, die in einer kreisförmigen Gleitführung 19 zum Bauteil 7 hin geführt und abgestützt ist. Vorgesehen sind wiederum die Spulen 12, die der Beeinflussung der Bewegungs- und Federcharakteristik des Federelements 8 dienen.
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Bei dieser Ausgestaltung ist nur ein einziges Federelement 8 vorgesehen. Dies ist hier möglich, nachdem das Federelement 8 außerhalb des rotierenden Systems angeordnet ist und es durch eine Federdeformation nicht zu irgendwelchen Unwuchten innerhalb des rotierenden Systems kommen kann. Wenngleich hier nicht näher dargestellt, wären alternativ auch entsprechende Koppelelemente 14 verwendbar anstelle der Führungsschiene 19. Die Spulen 13 sind so ausgelegt respektive werden so bestromt, dass sie trotz zwischengeschalteter Führungsschiene 19 mit dem Federelement 8, das natürlich ebenfalls aus wechselwirkendem Metall ist, in Wechselwirkung treten können.
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4 zeigt schließlich eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Torsionsdämpfungseinrichtung 1, umfassend eine Antriebswelle 5 nebst Antriebsritzel 4 und Planeten 3 sowie Hohlrad 6 und positionsfesten Bauteil 7.
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Bei dieser Erfindungsausgestaltung sind zwei separate Federpakete 8' vorgesehen, jeweils bestehend aus vier in Umfangsrichtung hintereinander geschalteten Federelementen 8, von denen das eine endständige Federelement am Vorsprung 9 des Hohlrads 6 und das andere endständige Federelement 8 am Vorsprung 10 des Bauteils 7 abgestützt ist. Die Federelemente 8 sind über entsprechende Koppelelemente 14 mit einander verbunden, wobei die Koppelelemente 14 entsprechende Radialvorsprünge aufweisen, an denen die Federelemente 8, siehe 4, abgestützt sind. Zugeordnet sind den Koppelelementen 14 wieder die entsprechenden Spulen 12, so dass auch hier wieder eine entsprechende Dämpfungsvariation möglich ist.
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Die beiden Federelementpakete 8' sind einander gegenüberliegend angeordnet. Sie umfassen im gezeigten Beispiel jeweils drei Federelemente 8. Selbstverständlich können auch mehrere solche Federpakete vorgesehen sein, wie diese natürlich auch weniger oder mehr einzelne Federelemente 8 umfassen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Torsionsdämpfungseinrichtung
- 2
- Planetengetriebeanordnung
- 3
- Planetenrad
- 4
- Antriebsritzel
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Hohlrad
- 7
- Bauteil
- 8
- Federelement
- 8'
- Federpaket
- 9
- Radialvorsprung
- 10
- Radialvorsprung
- 11
- Mittel
- 12
- Spule
- 13
- Steuerungseinrichtung
- 14
- Koppelelement
- 15
- Schwingmasse
- 16
- Zusatzmasse
- 17
- Verbindungseinrichtung
- 18
- Element
- 19
- Gleitführung
