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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, mit dessen Hilfe Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gedämpft werden können.
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Aus
DE 10 2015 213 653 A1 ist ein Schwingungstilger bekannt, bei dem mehrere einen radial äußeren Massering aufweisende Speichenfedern radial innen an einer Drehschwingungen ausgesetzten Welle befestigt sind, so dass der über in Umfangsrichtung elastisch nachgiebige Speichen der Speichenfeder an der Welle angebundene äußere Massering eine begrenzte Relativdrehung zur Welle ausführen kann, um die Drehschwingungen zu tilgen.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis nach Schwingungsdämpfer mit einem geringen axialen Bauraumbedarf.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen Schwingungsdämpfer mit einem geringen axialen Bauraumbedarf ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Schwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einem Eingangselement zur Einleitung eines Drehmoments, einem Ausgangselement zum Ausleiten des Drehmoments, einem mit dem Eingangselement über ein erstes Befestigungsmittel verbundenen ersten Dämpfungsflansch und einem zu dem ersten Dämpfungsflansch axial beabstandet angeordneten und mit dem Ausgangselement über ein zweites Befestigungsmittel verbundenen zweiten Dämpfungsflansch, wobei der erste Dämpfungsflansch und/oder der zweite Dämpfungsflansch als eine Speichenfeder zur Erzeugung eines der Drehschwingung entgegen gerichteten Rückstellmoments ausgestaltet ist, wobei der erste Dämpfungsflansch und der zweite Dämpfungsflansch über ein zu dem ersten Befestigungsmittel und zu dem zweiten Befestigungsmittel radial beabstandetes Verbindungselement miteinander verbunden sind, wobei in axialer Richtung zwischen dem ersten Dämpfungsflansch und dem zweiten Dämpfungsflansch ein, insbesondere als Tellerfeder ausgestaltetes, Reibelement zur Aufprägung einer Reibungskraft an den ersten Dämpfungsflansch und/oder an dem zweite Dämpfungsflansch angeordnet ist.
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Von den Dämpfungsflanschen ist mindestens einer als Speichenfeder ausgestaltet, die eine Elastizität in Umfangsrichtung bereitstellt. Dies ermöglicht es, dass das Eingangselement zu dem Ausgangselement eine Relativdrehung ausführen kann. Bei einer Drehunförmigkeit, kann infolge des eingangsseitigen Massenträgheitsmoments und des ausgangsseitigen Massenträgheitsmoments eine Relativdrehung erfolgen, bei der Energie in der Speichenfeder gespeichert und wieder abgegeben werden kann, wodurch die Drehschwingungen gedämpft beziehungsweise getilgt werden können. Mit Hilfe des zwischen den Dämpfungsflanschen eingesperrten, insbesondere als Federelement ausgestalteten, Reibelements kann eine Axialkraft auf mindestens einen Dämpfungsflansch aufgebracht werden, so dass bei einer Relativdrehung des ersten Dämpfungsflanschs zum zweiten Dämpfungsflansch eine Reibung auftreten kann. Durch die Reibung wird eine bewusste Dämpfung erreicht, so dass ein resonanzbedingtes Aufschaukeln des schwingungsfähigen Feder-Masse-Systems des Schwingungsdämpfers vermieden werden kann. Im Gegensatz zu einem nur an einer Stelle angebundenen Tilger kann der Schwingungsdämpfer innerhalb des Drehmomentflusses angeordnet sein, so dass in einem Zugbetrieb ein Drehmoment über das Eingangselement eingeleitet und über das Ausgangselement ausgeleitet werden kann, während bei einem Schubbetrieb die Drehmomentrichtung umgekehrt ist. Das Ausgangselement ist insbesondere ein vom Eingangselement verschiedenes Bauteil. Der erste Dämpfungsflansch ist insbesondere ein von dem zweiten Dämpfungsflansch verschiedenes Bauteil. Das erste Befestigungsmittel ist insbesondere ein von dem zweiten Befestigungsmittel verschiedenes Bauteil. Der Schwingungsdämpfer kann dadurch leicht in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integriert werden. Da die Dämpfungsflansche im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet sein können und in der Regel eine deutlich größere radiale Erstreckung als axiale Erstreckung aufweisen, um in einem gewünschten Frequenzbereich, beispielsweise 10 - 500 Hz, Drehschwingungen dämpfen zu können, weist der Schwingungsdämpfer einen besonders geringen axialen Bauraumbedarf auf. Auch das Reibelement kann eine besonders geringe axiale Erstreckung aufweisen, indem das Reibelement beispielsweise als Tellerfeder ausgestaltet ist. Durch die scheibenförmigen Dämpfungsflansche, von denen mindestens einer als Speichenfeder ausgestaltet ist, und das zwischen den Dämpfungsflanschen eingeschlossenen Reibelement, kann auf einem geringen axialen Bauraum eine gute und robuste Schwingungsdämpfung erreicht werden, so dass ein Schwingungsdämpfer mit einem geringen axialen Bauraumbedarf ermöglicht ist.
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Die Speichenfeder kann einen Außenring und eine Befestigungsscheibe zur Befestigung mit einer Welle aufweist, wobei der Außenring über im Wesentlichen radial verlaufende federnde Speichen mit der Befestigungsscheibe verbunden ist. Der Außenring kann insbesondere ein signifikantes Massenträgheitsmoment aufweisen, so dass der Außenring aufgrund der elastischen Biegsamkeit der Speichen in Umfangsrichtung bei einer Drehungleichförmigkeit eine Relativdrehung zur Befestigungsscheibe ausführen kann. Die Speichenfeder kann mehrteilig oder einteilig ausgestaltet sein. Insbesondere ist der als Speichenfeder ausgestaltete Dämpfungsflansch durch Stanzen aus einem Blech herstellbar. Die Speichenfeder kann im Übrigen wie in
DE 10 2015 213 653 A1 beschrieben aus- und weitergebildet sein, auf deren Inhalt als Teil der Erfindung hiermit Bezug genommen wird. Der Drehmomentfluss innerhalb des Schwingungsdämpfers beginnt im Zugbetrieb beim Eingangselement, läuft dann über den mit den ersten Befestigungsmitten an das Eingangselement angebundenen ersten Dämpfungsflansch an das Verbindungselement, von dem aus das Drehmoment über den zweiten Dämpfungsflansch an das über die zweiten Befestigungsmittel angebundene Ausgangselement ausgeleitet wird. Insbesondere verläuft der Drehmomentfluss, abgesehen von einem reibungsbedingten Schleppmoment an dem Reibelement vorbei. Es ist möglich, dass nur der erste Dämpfungsflansch oder nur der zweite Dämpfungsflansch oder sowohl der erste Dämpfungsflansch als auch der zweite Dämpfungsflansch als Speichenfeder ausgestaltet ist. Das Verbindungselement kann beispielsweise als Nietverbindung und/oder Stufenbolzen und/oder Stufennietverbindung und/oder Abstandshülse und/oder Schraubverbindung ausgestaltet sein. Vorzugsweise kann das Verbindungselement jeweils unabhängig mit dem jeweiligen Dämpfungsflansch verbunden werden, so dass das Verbindungselement einen definierten axialen Abstand des ersten Dämpfungsflanschs zum zweiten Dämpfungsflansch vorgeben kann. Insbesondere sind mehrere Verbindungselemente vorgesehen, die vorzugsweise in Umfangsrichtung auf einem gemeinsamen Radius gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die beispielsweise von der Federkraft des als Federelement ausgestalteten Reibelements verursachte Reibung kann beispielsweise eine Nassreibung sein, die insbesondere durch eine Fettfüllung an den Reibflächen erreicht wird, so dass ein übermäßiger Verschleiß vermieden werden kann. Alternativ kann eine Trockenreibung vorgesehen sein, bei der insbesondere eine Trockenschmierung, beispielsweise mit Hilfe von Graphit, vorgesehen ist.
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Insbesondere ist das Reibelement im Wesentlichen drehfest und/oder zentriert an dem Verbindungselement abgestützt. Das Verbindungselement und/oder das Reibelement kann einen in radialer Richtung abstehenden Bund aufweisen, der eine axiale Abstützung des Reibelements an dem Verbindungselement ermöglicht. Das Reibelement kann relativ zum Verbindungselement in einer in Umfangsrichtung und/oder in radialer Richtung definierten Position angeordnet sein. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass der erste Dämpfungsflansch zu dem zweiten Dämpfungsflansch axial beabstandet ist, so dass das Verbindungselement von dem zwischen dem ersten Dämpfungsflansch und dem zweiten Dämpfungsflansch angeordneten Reibelement leicht erreicht werden kann. Das Reibelement kann beispielsweise eine in radialer Richtung geöffnete Aussparung aufweisen, die auf einen bolzenförmigen Bereich des Verbindungselements axial aufgesteckt werden kann. Die axiale Positionierung des Reibelements kann insbesondere dadurch erfolgen, dass sich das Reibelement einerseits an dem Verbindungselement und andererseits entweder an dem ersten Dämpfungsflansch oder an dem zweiten Dämpfungsflansch mit einer für die gewünschte Reibung ausreichenden Vorspannung axial abstützt. Das Reibelement kann dadurch zwischen dem Verbindungselement und dem zugeordneten Dämpfungsflansch verspannt sein. Vorzugsweise ist die von dem Reibelement aufgeprägte Reibungskraft einstellbar, beispielsweise mit Hilfe von Abstandshülsen und/oder Stufennieten und/oder Verschraubungen, die eine bestimmte Axiallage des Reibelements vorgeben und/oder verändern können.
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Vorzugsweise greift das Reibelement über eine zwischengeschaltete Reibscheibe an dem ersten Dämpfungsflansch und/oder an dem zweiten Dämpfungsflansch an. Das Reibelement kann hierbei als Federelement, insbesondere Tellerfeder, ausgestaltet sein, das mit Hilfe der Reibscheibe eine Reibeinrichtung ausbildet. Die Reibeinrichtung kann dadurch eine Reibungskraft aufbringen, die mit einer Federkraft des als Federelement ausgebildeten Reibelements korrespondiert. Die Reibscheibe ist insbesondere im Wesentlichen starr und unnachgiebig ausgestaltet. Dadurch ergibt sich eine Reibeinrichtung, die über die Reibscheibe eine federbelastete Reibung an dem zugeordneten Dämpfungsflansch bereitstellt. Die Reibscheibe kann eine geeignete Paarung von Reibpartner bereitstellen und hierzu beispielsweise mit Reibbelägen versehen sein. Zudem kann die Reibscheibe flächig an dem entsprechenden Dämpfungsflansch anliegen, so dass im Vergleich zu einem eher linienförmigen Kontakt eines Kraftrands des als Tellerfeder ausgestalteten Federelements eine erheblich größere Reibfläche mit einem entsprechend hohen Reibungseffekt erreicht werden kann. Der reibungsbehaftete Dämpfungseffekt des Schwingungsdämpfers kann dadurch erhöht sein. Insbesondere sind das Reibelement und die Reibscheibe in Umfangsrichtung unbeweglich zueinander, vorzugsweise drehfest miteinander gekoppelt, so dass ein gegebenenfalls geräuschintensiver und/oder verschleißbehafteter Schleifkontakt zwischen dem Reibelement und der Reibscheibe vermieden ist.
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Besonders bevorzugt ist ein von dem Reibelement herbeigeführter Reibkontakt radial beabstandet zu dem Verbindungselement und radial beabstandet zu dem ersten Befestigungsmittel und dem zweiten Befestigungsmittel vorgesehen. Durch den radialen Abstand wird die für den Reibkontakt genutzte axiale Federkraft des Reibelements in einem Radialbereich aufgeprägt, der aufgrund der elastischen Verformung der Speichenfeder in Umfangsrichtung eine Relativbewegung zum Reibelement ausführt, das beispielsweise mit dem Verbindungselement oder mit dem Eingangselement oder mit dem Ausgangselement drehfest verbunden sein kann. Ein ausreichender reibungsbehafteter Dämpfungseffekt kann dadurch sichergestellt sein.
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Insbesondere ist der als Speichenfeder ausgestaltete Dämpfungsflansch Teil eines aus mehreren Speichenfedern zusammengesetzten Speichenfederpakets, wobei insbesondere in axialer Richtung nachfolgende Speichenfeder aneinander anliegen. Bei dem Speichenfederpaket können mehrere Speichenfedern im Drehmomentfluss parallel zueinander geschaltet sein. Durch die mehreren Speichenfedern kann ein entsprechend großes Drehmoment übertragen werden. Zudem können in axialer Richtung nachfolgende und aneinander anliegende Speichenfedern an ihren aufeinander zu weisenden Axialseiten aneinander reiben und einen zusätzlichen Reibungseffekt realisieren, der den reibungsbehafteter Dämpfungseffekt erhöht.
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Vorzugsweise ist ein an dem Verbindungselement einerseits und an dem Eingangselement oder Ausgangselement andererseits angreifendes Flanschelement zur Begrenzung eines maximalen Schwingwinkels des Verbindungselements relativ zu dem Eingangselement oder Ausgangselement vorgesehen, wobei insbesondere das Flanschelement durch die Reibscheibe ausgebildet ist. Das Flanschelement kann die Relativdrehung des Eingangselements zum Ausgangselement auf einen definierten maximalen Schwingwinkel begrenzen, so dass eine zu starke Beanspruchung der Speichenfeder über eine Belastungsgrenze hinaus sicher vermieden werden kann.
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Besonders bevorzugt weist das Flanschelement einen ersten Anschlag und einen zu dem ersten Anschlag in Umfangsrichtung beabstandeten zweiten Anschlag auf, wobei der erste Anschlag und der zweite Anschlag zum tangentialen Anschlagen in entgegensetzten Tangentialrichtungen an dem Verbindungselement oder an dem Eingangselement oder an dem Ausgangselement ausgestaltet ist. Das Flanschelement kann beispielsweise eine in radialer Richtung geöffnete Aussparung aufweisen, welche die in einem geeigneten Abstand in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten und aufeinander zu weisenden Anschläge ausbildet. Die Aussparung des Flanschelements kann in axialer Richtung auf einen bolzenförmigen Teil des Verbindungselements oder des ersten Befestigungsmittels oder des zweiten Befestigungsmittels oder des Eingangselements oder des Ausgangselements aufgesteckt sein. Das Flanschelement kann insbesondere gleichzeitig eine Reibscheibe ausbilden und mit der Reibscheibe in ein gemeinsames Bauteil zusammenfallen. Hierzu kann beispielsweise die sowieso vorgesehene Reibscheibe eine geeignete radiale Erstreckung aufweisen und an einem radialen Rand die in radialer Richtung geöffnete Aussparung aufweisen.
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Insbesondere sind das Eingangselement und das Ausgangselement radial innerhalb oder radial außerhalb zu dem Verbindungselement angeordnet, wobei insbesondere das Eingangselement und das Ausgangselement als Vollwellenflansch oder Hohlwelle ausgestaltet sind. Je nach Ausführungsform kann das Drehmoment radial innen eingeleitet und ausgeleitet werden oder radial außen eingeleitet und ausgeleitet werden.
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Vorzugsweise sind das Eingangselement und das Ausgangselement aneinander gelagert. Dadurch kann eine im Wesentlichen koaxiale Zentrierung des Eingangselements an dem Ausgangselement vorgesehen sein.
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Besonders bevorzugt ist zur Lagerung des Eingangselements an dem Ausgangselement ein in axialer Richtung abstehender Lagerbolzen in einer Lageröffnung eingesteckt, wobei insbesondere der Lagerbolzen mit der Lageröffnung ein Gleitlager ausbildet oder zwischen dem Lagerbolzen und der Lageröffnung ein separates, insbesondere als Gleitlager oder Wälzlager ausgestaltetes, Pilotlager vorgesehen ist. Dadurch kann eine sichere und einfache Lagerung erreicht werden, die nicht an dem Reibelement anschlagen kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Schwingungsdämpfers,
- 2: eine schematische perspektivische Schnittansicht des Schwingungsdämpfers aus 1,
- 3: eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Schwingungsdämpfers,
- 4: eine schematische perspektivische Schnittansicht des Schwingungsdämpfers aus 3 und
- 5: eine schematische Draufsicht auf eine Reibscheibe des Schwingungsdämpfers aus 3.
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Der in 1 und 2 dargestellte Schwingungsdämpfer 10 für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs weist ein als Vollwellenflansch ausgestaltetes Eingangselement 12 auf, mit dem über erste Befestigungsmittel 14 ein erster Dämpfungsflansch 16 befestigt ist. Der erste Dämpfungsflansch 16 ist radial außen mit einem als Stufenniet ausgestalteten Verbindungselement 18 verbunden, mit dem zum ersten Dämpfungsflansch 16 axial beabstandet ein zweiter Dämpfungsflansch 20 verbunden ist. Der zweite Dämpfungsflansch 20 ist radial innen über zweite Befestigungsmittel 22 mit einem als Vollwellenflansch ausgestalteten Ausgangselement 24 verbunden. Das Verbindungselement 18 weist einen nach radial innen abstehenden Bund 26 auf, an dem sich ein als Tellerfeder ausgestaltetes Reibelement 28 mit einem radial äußeren Kraftrand axial abstützt und eine Federkraft in axialer Richtung aufprägt. Mit einem radial inneren Kraftrand stützt sich das Reibelement 28 an einer Reibscheibe 30 ab. Das als Federelement ausgestalte Reibelement und die Reibscheibe 30 bilden eine Reibeinrichtung aus, die eine federbelastete Reibung auf den zugeordneten Dämpfungsflansch 16, 20 ausüben kann.
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In dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl der erste Dämpfungsflansch 16 als auch der zweite Dämpfungsflansch 20 als Speichenfeder 32 ausgestaltet, um eine begrenzte Relativdrehung des Eingangselements 12 zum Ausgangselement 24 zuzulassen, durch die Drehzahlschwingungen im vom Schwingungsdämpfer 10 übertragenen Drehmoment gedämpft beziehungsweise getilgt werden können. Die Speichenfedern 32 sind hierbei im Drehmomentfluss des Schwingungsdämpfers 10 in Reihe geschaltet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Reibscheibe 30 mit Hilfe der ersten Befestigungsmittel 14 mit dem Eingangselement 12 befestigt. Durch die von dem federnden vorgespannten Reibelement 28 auf die Reibscheibe 30 aufgeprägte Federkraft wird die Reibscheibe 30 zu den ersten Befestigungsmitteln 14 nach radial außen deutlich beabstandet gegen den ersten Dämpfungsflansch 16 gepresst, so dass bei einem elastischen Verbiegen der Speichenfeder 32 des ersten Dämpfungsflanschs 14 in Umfangsrichtung eine reibungsbehaftete Relativbewegung des ersten Dämpfungsflanschs 14 an der Reibscheibe 30 auftritt, die zu einem zusätzlichen reibungsbehafteten Dämpfungseffekt des Schwingungsdämpfers 10 führt.
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Bei der in 3 und 4 dargestellten Ausführungsform des Schwingungsdämpfers 10 ist im Vergleich zu der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsform des Schwingungsdämpfers 10 nur der zweite Dämpfungsflansch 20 als Speichenfeder 32 ausgestaltet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der zweite Dämpfungsflansch 20 sogar mehrere im Drehmomentfluss parallel geschaltete Speichenfedern 32 auf, die ein Speichenfederpaket 34 ausbilden, auf. Zudem ist die Reibscheibe 30 mit Hilfe der zweiten Befestigungsmittel 22 mit dem Ausgangselement 24 verbunden und von dem Reibelement 28 gegen den zweiten Dämpfungsflansch 20 gepresst. Der erste Dämpfungsflansch 16 ist hierbei als eine in Umfangsrichtung im Wesentlichen starre Scheibe ausgestaltet. Zusätzlich ist das Eingangselement 12 an dem Ausgangselement 24 gelagert. Hierzu weist das Ausgangselement 24 eine Lageröffnung 36 auf, in die ein Lagerbolzen 38 über ein Gleitlager 40 gelagert eingesteckt ist.
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Die in 5 dargestellte Reibscheibe 30 des Schwingungsdämpfers 10 weist radial innen Befestigungsöffnungen 42 auf, über welche die Reibscheibe 30 mit dem Eingangselement 14 oder mit dem Ausgangselement 24 verbunden werden kann. An einem radial äußeren Rand weist die Reibscheibe 30 nach radial außen geöffnete Aussparungen 44 auf, durch die das bolzenförmige Verbindungselement 18 axial hindurchverlaufen kann. Durch die Aussparung 44 wird ein erster Anschlag 46 und ein auf den ersten Anschlag 46 zuweisender zweiter Anschlag 48 ausgebildet, die innerhalb eines vorgegeben maximalen Schwingwinkels 50 in tangentialer Richtung an dem Verbindungselement 18 anschlagen können, um eine zu starke Relativdrehung des Eingangselements 12 zum Ausgangselement 24 zu blockieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schwingungsdämpfer
- 12
- Eingangselement
- 14
- erstes Befestigungsmittel
- 16
- erster Dämpfungsflansch
- 18
- Verbindungselement
- 20
- zweiter Dämpfungsflansch
- 22
- zweites Befestigungsmittel
- 24
- Ausgangselement
- 26
- Bund
- 28
- Reibelement
- 30
- Reibscheibe
- 32
- Speichenfeder
- 34
- Speichenfederpaket
- 36
- Lageröffnung
- 38
- Lagerbolzen
- 40
- Gleitlager
- 42
- Befestigungsöffnung
- 44
- Aussparung
- 46
- erster Anschlag
- 48
- zweiter Anschlag
- 50
- Schwingwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015213653 A1 [0002, 0008]
