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Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer/eine Torsionsdämpfungseinheit für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, zum Dämpfen von Schwingungen bei der Drehmomentübertragung zwischen einer Nabe und einer radial innerhalb der Nabe angeordneten Welle, wobei eine Außendämpfungseinheit mit der Nabe drehmomentgekoppelt ist und die Außendämpfungseinheit mit einer radial innerhalb der Außendämpfungseinheit angeordneten Innendämpfungseinheit drehmomentgekoppelt ist, die ihrerseits mit der Welle drehmomentgekoppelt ist, wobei sowohl die Außendämpfungseinheit als auch die Innendämpfungseinheit eine Mitnehmerscheibe besitzt, die über eine Druckfeder mit einem Nabenflansch drehelastisch gekoppelt ist, wobei die relative Verdrehung der Mitnehmerscheibe relativ zum Nabenflansch durch einen Anschlag begrenzt ist. Dabei heißt drehelastisch, dass die Drehmomentstöße und Drehgeschwindigkeitsstöße durch die Feder gedämpft übertragen werden können, das heißt, dass Moment- oder Geschwindigkeitsstöße durch ein elastisches Element teilweise abgefangen werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kupplung und einen solchen Torsionsschwingungsdämpfer, wobei die Kupplung über ein Trägerelement mit dem Torsionsschwingungsdämpfer drehmomentgekoppelt ist.
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Der Anschlag für die Begrenzung der relativen Verdrehung der Mitnehmerscheibe relativ zu dem Nabenflansch ist beispielsweise so ausgebildet, dass in dem Nabenflansch eine Aussparung ausgebildet ist, durch die ein fest mit der Mitnehmerscheibe gekoppeltes Bauteil hindurchgreift. Dabei ist die Aussparung größer als das hindurchgreifende Bauteil ausgebildet, so dass Spiel zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Nabenflansch in Umfangsrichtung vorhanden ist. Die Mitnehmerscheibe kann sich also durch das vorhandene Spiel relativ zu dem Nabenflansch verdrehen. Wenn sich die Mitnehmerscheibe jedoch weiter als das vorhandene Spiel verdreht, schlägt eine Fläche der Mitnehmerscheibe an eine Fläche der Aussparung des Nabenflansches an, so dass der Anschlag ausgebildet wird.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Torsionsschwingungsdämpfer bekannt. Zum Beispiel offenbart die
WO 2008/019641 A1 einen Drehschwingungsdämpfer mit zwei Seitenteilen, die drehfest miteinander verbunden und zwischen denen zwei Zwischenteile angeordnet sind, die relativ zu den Seitenteilen entgegen der Federwirkung von Federeinrichtungen begrenzt verdrehbar sind, die innerhalb von Fenstern angeordnet sind, die sowohl in den Seitenteilen als auch in den Zwischenteilen ausgespart sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster in den Zwischenteilen in Umfangsrichtung auf der einen Seite jeweils eine Führungsnase und auf der anderen Seite jeweils eine Ausnehmung aufweisen, in der eine Führungsnase des jeweils anderen Zwischenteils angeordnet ist.
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Auch ist aus der
EP 1 988 306 A2 eine Kupplungsscheibe einer ein- und auskuppelbaren Kupplung bekannt, wobei die Kupplungsscheibe eine Nabe, die drehfest mit einer Eingangswelle eines Getriebes verbunden ist, und Reibbeläge, die bei Einkuppeln der Kupplung reibschlüssig mit dem Schwungrad einer Kraftmaschine verbunden sind, umfasst, weiter umfassend eine Dämpfungseinrichtung, die die Nabe und die Reibbeläge drehelastisch miteinander verbindet, wobei die Dämpfungseinrichtung einen nabenseitigen Dämpferflansch und einen reibbelagseitigen Dämpferkäfig umfasst und wobei eine Verzahnung an der Nabe und eine mit dieser in Eingriff befindliche Verzahnung, die mit dem Hauptdämpferflansch und dem Dämpferkäfig in Wirkverbindung steht, die Relativdrehung zwischen Nabe und Hauptdämpferflansch begrenzt, wobei die Dämpfungseinrichtung einen elastischen Ring mit einer Verzahnung, die in die Verzahnung der Nabe eingreift, umfasst, und dass der elastische Ring drehfest mit dem Dämpferkäfig verbunden ist.
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Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass bei Torsionsschwingungsdämpfern die Torsionskennlinie der Dämpfereinheit speziell auf den Anwendungsfall abgestimmt sein muss, indem der Kennlinienverlauf an die jeweiligen Betriebszustände anzupassen ist, was jedoch nicht immer einfach möglich ist. Zudem können Torsionsschwingungsdämpferkonzepte, die für axial breite und radiale kleine Einbauräume ausgelegt sind, nur unter schlechter Ausnutzung der Dämpferkapazität in axial schmalen und radial großen Einbauräumen eingesetzt werden.
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Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Insbesondere soll ein Torsionsschwingungsdämpfer entwickelt werden, der in axial schmalen und radial großen Einbauräumen eingesetzt werden kann, der einen erforderlichen Kennlinienverlauf aufweist und der gleichzeitig die Kapazität des verwendeten Energiespeichers effizient ausnutzt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verbindung zwischen der Außendämpfungseinheit und der Innendämpfungseinheit so ausgebildet ist, dass das gesamte Drehmoment auch bei Erreichen des Anschlags über die Außendämpfungseinheit und die Innendämpfungseinheit zwischen der Nabe und der Welle weitergebbar ist.
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Dies hat den Vorteil, dass die Innendämpfungseinheit nicht nur als ein Vordämpfer fungiert, sondern dass sowohl die Außendämpfungseinheit und die Innendämpfungseinheit als Hauptdämpfer dienen, die in jedem Betriebszustand wirken. Die Innendämpfungseinheit wird also nicht mehr bei Erreichen des Anschlags überbrückt, sondern die Drehmomentübertragung erfolgt zu jeder Zeit über die Mitnehmerscheibe und den Nabenflansch der Innendämpfungseinheit. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Dämpfungskennlinie geeignet beeinflusst werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Zudem ist es zweckmäßig, wenn die Außendämpfungseinheit und die Innendämpfungseinheit so angeordnet sind, dass die Druckfeder der Innendämpfungseinheit in Axialrichtung vollständig innerhalb der axialen Erstreckung der Druckfeder der Außendämpfungseinheit liegt. So kann in vorteilhafter Weise der benötigte axiale Bauraum gering gehalten werden, da die Außendämpfungseinheit und die Innendämpfungseinheit in Radialrichtung angeordnet sind. Der erfindungsgemäße Torsionsschwingungsdämpfer lässt sich also besonders vorteilhaft in axial schmalen und radial großen Bauräumen einsetzen.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Mitnehmerscheibe der Außendämpfungseinheit und/oder der Innendämpfungseinheit eine erste Scheibe und eine koaxial aber axialversetzt dazu angeordnete zweite Scheibe aufweist, die drehfest miteinander verbunden sind und zwischen denen in Axialrichtung der Nabenflansch der jeweiligen Dämpfungseinheit angeordnet ist. Dies bedingt eine besonders günstige Kraftübertragung über die beiden Scheiben der Mitnehmerscheibe. Insbesondere ist es dabei bevorzugt, wenn bei einer Zugbeanspruchung der Innendämpfungseinheit das Drehmoment über die eine Scheibe geleitet wird und bei einer Schubbeanspruchung der Innendämpfungseinheit das Drehmoment über die andere Scheibe weitergegeben wird.
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Außerdem ist es zweckmäßig, wenn der Nabenflansch der Außendämpfungseinheit und/oder der Innendämpfungseinheit zwei Teilflansche besitzt, die koaxial und axialversetzt angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind. Dadurch kann eine verschleißarme Federführung realisiert werden, die insbesondere bei großen Federwirkradien durch die entstehende Zusatzbelastung, bei großen Druckfedermassen und/oder bei hohen Drehzahlen erforderlich ist. Dadurch kann ein erhöhter Verschleiß wirksam vermieden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kraftfluss bei Zugbelastung von dem einen Teilflansch auf den anderen Teilflansch weitergegeben wird und von diesem an die Mitnehmerscheibe der nachgeschalteten Innendämpfungseinheit und wenn der Kraftfluss bei Schubbelastung von der Innendämpfungseinheit über den einen Teilflansch an den anderen Teilflansch weitergegeben wird und von diesem an die Mitnehmerscheibe der Außendämpfungseinheit.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn in Axialrichtung zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Nabenflansch der Außendämpfungseinheit und/oder der Innendämpfungseinheit eine Reibvorrichtung angeordnet ist, die vorteilhafterweise zusätzlich zur Dämpfung der Schwingungen im Antriebsstrang eingesetzt werden können.
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Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Reibvorrichtung zwischen den beiden Scheiben der Mitnehmerscheibe der Außendämpfungseinheit und/oder der Innendämpfungseinheit und/oder zwischen den beiden Teilflanschen des Nabenflansches der Außendämpfungseinheit und/oder der Innendämpfungseinheit und/oder zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Nabenflansch der Außendämpfungseinheit und/oder der Innendämpfungseinheit angeordnet sind.
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Zusätzlich zeichnet sich ein günstiges Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass die Reibvorrichtung eine Feder, die so angeordnet ist, dass sie in Axialrichtung wirkt, und Reibelemente aufweist, wobei die Reibelemente so angeordnet sind, dass bei einer relativen Verdrehung der Mitnehmerscheibe relativ zu dem Nabenflansch der jeweiligen Dämpfereinheit ein Reibmoment erzeugt wird. So wirkt also das erzeugte Reibmoment dem zu übertragenden Drehmoment entgegen, so dass Schwingungen im Antriebsstrang effizient abgedämpft werden können.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Außendämpfungseinheit und die Innendämpfungseinheit zueinander in Reihe geschaltet sind, da so eine gewünschte Dämpfungskennlinie durch die Auswahl geeigneter Druckfedern einfacher erzeugt werden kann. Insbesondere ist es so möglich, die Dämpfungskennlinie auf den Anwendungsfall abzustimmen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die beiden Dämpfungseinheiten parallel zu schalten.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die Außendämpfungseinheit und/oder die Innendämpfungseinheit als Parallelschaltung ausgeführt sind/ist, so dass die Belastung der Dämpfungseinheiten gering gehalten werden kann. Die Dämpfungseinheiten können jeweils auch als Einzeldämpfer mit Reihenschaltung ausgebildet sein.
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Außerdem ist es von Vorteil, wenn an dem Nabenflansch der Außendämpfungseinheit eine Verzahnung ausgebildet ist, die in eine Verzahnung, die an der Mitnehmerscheibe der Innendämpfungseinheit ausgebildet ist, eingreift. So lässt sich das Drehmoment über eine formschlüssige Verbindung quasi verlustfrei von der Außendämpfungseinheit an die Innendämpfungseinheit oder von der Innendämpfungseinheit an die Außendämpfungseinheit weitergeben.
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Es ist aber auch möglich, dass die drehmomentübertragende Verbindung zwischen der Außendämpfungseinheit und der Innendämpfungseinheit als Verschraubung, Vernietung oder eine andere beliebige kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ausgeführt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch eine Kupplung bzw. ein Eingangselement und einen solchen Torsionsschwingungsdämpfer gelöst, wobei die Kupplung über ein Trägerelement mit dem Torsionsschwingungsdämpfer drehmomentgekoppelt ist. Dabei kann das Trägerelement als eine starre Trägerscheibe ausgebildet sein, die zum Beispiel mit oder ohne zwischengeschaltete Reibbeläge an der Kupplung angekoppelt ist. Es ist auch möglich, ein axial wirkendes Federelement zur Realisierung einer Belagfederung einzusetzen.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers,
- 2 eine zur 1 äquivalente Darstellung des Torsionsschwingungsdämpfers,
- 3 eine zur 1 und 2 äquivalente Darstellung des Torsionsschwingungsdämpfers mit einem Momentenfluss bei einer Zugbelastung, und
- 4 eine zur 1 und 2 äquivalente Darstellung des Torsionsschwingungsdämpfers mit einem Momentenfluss bei einer Schubbelastung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 und 2 zeigen einen Torsionsschwingungsdämpfer 1 für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der ausgelegt ist, um Schwingungen bei der Drehmomentübertragung zwischen einer Nabe 2 und einer radial innerhalb der Nabe 2 angeordneten Welle 3 zu dämpfen. Der Torsionsschwingungsdämpfer 1 weist eine Außendämpfungseinheit 4 und eine Innendämpfungseinheit 5 auf. Dabei ist also die Nabe 2 drehmomentübertragend mit der Außendämpfungseinheit 4, die Außendämpfungseinheit 4 drehmomentübertragend mit der Innendämpfungseinheit 5 und die Innendämpfungseinheit 5 drehmomentübertragend mit der Welle 3 gekoppelt. Die Außendämpfungseinheit 4 besitzt keine direkte Drehmomentkopplung mit der Welle 3, sondern kann das Drehmoment nur über die Innendämpfungseinheit 5 an die Welle 3 übertragen. Die Außendämpfungseinheit 4 und die Innendämpfungseinheit 5 sind jeweils als Einzeldämpfer mit Parallelschaltung ausgebildet und zueinander in Reihe geschaltet.
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Die Außendämpfungseinheit 4 und die Innendämpfungseinheit 5 weisen jeweils eine Mitnehmerscheibe 6 auf, die jeweils über eine Druckfeder 7 mit einem Nabenflansch 8 gekoppelt ist. Der Aufbau der beiden Dämpfungseinheiten 4, 5 ist im Wesentlichen äquivalent. Durch das Zwischenschalten der Druckfeder 7 besteht also eine drehelastische Kopplung zwischen der Mitnehmerscheibe 6 und dem Nabenflansch 8, die Momentstöße abdämpft. Dabei ist die relative Verdrehung der Mitnehmerscheibe 6 relativ zu dem Nabenflansch 8 durch einen Anschlag begrenzt, der jedoch in den Figuren nicht dargestellt ist. Bei Erreichen des Anschlags (bei einem bestimmten Drehmoment) liegt die Mitnehmerscheibe 6 also direkt an dem Nabenflansch 8 an, so dass zusätzliches Drehmoment die Druckfeder 7 überbrückt und direkt von der Mitnehmerscheibe 6 an den Nabenflansch 8 übertragen wird.
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Die Mitnehmerscheibe 6 weist eine erste Scheibe 9 und eine zweite Scheibe/Gegenscheibe 10 auf, die koaxial aber axialversetzt zueinander angeordnet sind und drehfest miteinander verbunden sind. Zwischen der ersten Scheibe 9 und der zweiten Scheibe 10 ist koaxial und in Axialrichtung dazwischen der Nabenflansch 8 angeordnet.
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Der Nabenflansch 8 der Außendämpfungseinheit 4 ist als zweigeteilter, verschleißarmer Nabenflansch 8 mit zwei Teilflanschen 11 ausgebildet. Die beiden Teilflansche 11 sind koaxial und axialversetzt zueinander angeordnet und drehfest miteinander verbunden. Der Nabenflansch 8 der Innendämpfungseinheit 5 ist als einteiliger, konventioneller Nabenflansch 8 ausgebildet, wobei der Nabenflansch 8 der Innendämpfungseinheit 5 in Axialrichtung breiter ist als die Teilflansche 11 der Außendämpfungseinheit 4. Da die Außendämpfungseinheit 4 in Radialrichtung weiter außen gelegen ist, wird hier insbesondere ein Nabenflansch 8 mit verschleißarmer Federführung eingesetzt.
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Sowohl bei der Außendämpfungseinheit 4 als auch bei der Innendämpfungseinheit 5 ist eine Reibvorrichtung 12 vorhanden. Die Reibvorrichtung 12 ist dazu ausgelegt, um ein Reibmoment bei Verdrehung der Mitnehmerscheibe 6 relativ zu dem Nabenflansch 8 zu erzeugen, das dem zu übertragenden Drehmoment dämpfend entgegenwirkt. Dazu ist eine Feder 13 vorhanden, die als Tellerfeder angeordnet ist und in Axialrichtung wirkt. Außerdem besitzt die Reibvorrichtung 12 Reibelemente 14, die zwischen der Mitnehmerscheibe 6 und dem Nabenflansch 8, zwischen den beiden Scheiben 9, 10 der Mitnehmerscheibe und zwischen den beiden Teilflanschen 11 des Nabenflansches 8 angeordnet sind.
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Die Außendämpfungseinheit 4 ist über eine Verzahnung 15 mit der Innendämpfungseinheit 5 verbunden. Insbesondere sind die Reibelemente 14 der Außendämpfungseinheit 4 im Bereich auf axialer Höher der Verzahnung 15 ausgebildet. Die Verzahnung 15 ist nur eine Möglichkeit der Verbindung. Die Außendämpfungseinheit 4 kann auch über eine Verschraubung oder eine Vernietung mit der Innendämpfungseinheit 5 verbunden sein. Die Innendämpfungseinheit 5 ist über eine weitere Verzahnung mit der Welle 3 verbunden. Die Reibelemente 14 der Innendämpfungseinheit 5 sind auf axiale Höhe im Bereich der weiteren Verzahnung angeordnet.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer 1 ist mit einer Kupplung 16 zur Drehmomentübertragung verbunden. Dabei ist der Torsionsschwingungsdämpfer 1 über ein Trägerelement 18, das als eine starre Trägerscheibe ausgebildet ist, über Reibbeläge 17 mit der Kupplung 16 gekoppelt.
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3 und 4 zeigen den Momentfluss bei Zugbelastung (vergleiche 3) und bei Schubbelastung (vergleiche 4) des Torsionsschwingungsdämpfers 1.
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Bei Zugbelastung wird das Moment von der Kupplung 16 über die Reibbeläge 17 an das Trägerelement 18 weitergegeben. Die Kupplung 16 dient also als Eingangselement. Von dem Trägerelement 18 wird das Drehmoment über ein Verbindungselement, das zum Beispiel als Vernietung ausgeführt ist, an die erste Scheibe 9 der Mitnehmerscheibe 6 der Außendämpfungseinheit 4 übertragen. Das Verbindungselement kann auch die zweite Scheibe 10 mit der ersten Scheibe 9 verbinden. Das Drehmoment wird von der Mitnehmerscheibe 6 an den einen Teilflansch 11 des Nabenflansches 8 übergeben. Von dort aus wird das Drehmoment über die Druckfeder 7 an den anderen Teilflansch 11 des Nabenflansches 8 weitergegeben. Über die Verzahnung 15 ist der andere Teilflansch 11 des Nabenflansches 8 mit der Mitnehmerscheibe 6 der Innendämpfungseinheit 5 übertragen. Ein Verbindungselemente verbindet die erste Scheibe 9 der Mitnehmerscheibe 6 der Innendämpfungseinheit 5 drehfest mit der zweiten Scheibe 10 der Mitnehmerscheibe 6 der Innendämpfungseinheit 5. Von der Mitnehmerscheibe 6 wird das Drehmoment über die Druckfeder 7 an den Nabenflansch 8 der Innendämpfungseinheit 5 weitergegeben. An dem Nabenflansch 8 der Innendämpfungseinheit 5 ist die weitere Verzahnung ausgebildet, die mit der Welle 3, die als Ausgangselement dient, kämmt.
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Bei Schubbelastung wird das Moment von der Welle 3 an den Nabenflansch 8, die Druckfeder 7 und die Mitnehmerscheibe 6 der Innendämpfungseinheit 5 weitergegeben. Über die Verzahnung 15 wird das Drehmoment an den einen Teilflansch 11 des Nabenflansches 8 der Außendämpfungseinheit 4 übertragen, und von dort aus über die Druckfeder 7 an den anderen Teilflansch 11 des Nabenflansches 8. Dieser Teilflansch 11 stützt sich an dem Verbindungselement ab und leitet das Drehmoment zu dem Verbund aus der Mitnehmerscheibe 6 (mit der ersten Scheibe 9 und der zweiten Scheibe/Gegenscheibe 10) der Außendämpfungseinheit 4 und aus dem Trägerelement 18 weiter. Von dort wird das Drehmoment an die Kupplung 16, die als Ausgangselement fungiert, weitergegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 2
- Nabe
- 3
- Welle
- 4
- Außendämpfungseinheit
- 5
- Innendämpfungseinheit
- 6
- Mitnehmerscheibe
- 7
- Druckfeder
- 8
- Nabenflansch
- 9
- erste Scheibe
- 10
- zweite Scheibe/Gegenscheibe
- 11
- Teilflansch
- 12
- Reibvorrichtung
- 13
- Feder
- 14
- Reibelement
- 15
- Verzahnung
- 16
- Kupplung
- 17
- Reibbelag
- 18
- Trägerelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/019641 A1 [0003]
- EP 1988306 A2 [0004]
