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Die Anmeldung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer für einen mit einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine verbindbaren hybridischen Antriebsstrang gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Drehschwingungsdämpfer bzw. Zweimassenschwungräder sind bekannt. Diese werden in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Fahrzeugkupplung eingesetzt zur Schwingungsisolation von Drehschwingungen, die durch das Verbrennungsverfahren von Brennkraftmaschinen prinzipbedingt entstehen. Bei dem Drehschwingungsdämpfer ist ein auch Primärteil oder Primärmasse genanntes Eingangsteil mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und ein auch Sekundärteil oder Sekundärmasse genanntes Ausgangsteil mit einer Reibungskupplung oder in anderer Weise mit einem Getriebeeingang verbunden. Zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil ist vorzugsweise eine in Umfangsrichtung wirksame Federdämpfereinrichtung mit eingangs- und ausgangsseitig beaufschlagten Bogenfedern vorgesehen, die Drehmomentspitzen zwischenspeichern und zeitverzögert abgeben.
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Bei bekannten Hybridanwendungen steht der hybridische Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs in Verbindung, wobei jeweils die Brennkraftmaschine oder die Elektromaschine allein oder diese in Kombination für den Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. Zusätzlich kann der Elektromotor die Brennkraftmaschine starten und im Schubbetrieb rekuperieren. Zwischen der Brennkraftmaschine und einem abtriebsseitigen Getriebe beispielsweise unter Vorschaltung einer Trennkupplung ist ein als Zweimassenschwungrad aufgebauter Drehschwingungsdämpfer angeordnet, der Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine dämpft.
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Im Betriebszustand der Brennkraftmaschine können im Antriebsstrang, insbesondere bei Hybrid- oder CVT (Continuously Variable Transmission)-Anwendungen in der Start- und Stoppphase der Brennkraftmaschine oder bei einem plötzlichen, zum Motorstillstand führenden Einkuppeln schlagartig Spitzenbelastungen, sogenannte Impacts (Drehmomentstöße) mit hoher Lastwechselzahl auftreten, die den Antriebsstrang schädigen können. Insbesondere werden dabei Bogenfedern der Federdämpfereinrichtung stark belastet, die kurzzeitig bis zum Anschlag zusammengedrückt werden. Um diesen nachteiligen Effekt der Impacts möglichst zu vermeiden und materialschonend zu kompensieren bzw. zur weiteren Isolation ist bekannt, Drehschwingungsdämpfer mit einem als Rutschkupplung ausgeführten Drehmomentbegrenzer zu bestücken. Mit dem im mehrteiligen, auch Sekundärteil genannten Ausgangsteil integrierten Drehmomentbegrenzer kann bei einer Überschreitung eines Grenzdrehmomentes beispielsweise ein Durchrutschen von einem Bauteil der zusammenwirkenden Bauteile des Ausgangsteils erreicht werden. Dabei wird überschüssige Energie als Reibungswärme abgeführt und eine Bauteilbelastung verringert. Beispielsweise zeigen die
DE 10 2010 025 579 A1 sowie die
DE 10 2014 211 603 A1 als Rutschkupplung aufgebaute, Reibbeläge einschließende Drehmomentbegrenzer, die eine Übertragung von Drehmomentspitzen in einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs vermeiden.
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Bei diesen bekannten Drehmomentbegrenzern bilden sich Reibpartner zwischen einer Stützscheibe bzw. einem Führungsblech und den auf beiden Seiten von dem Trägerflansch der Federdämpfereinrichtung befestigten Reibbelägen. Die Oberflächenstruktur der Stützscheibe und des Führungsblechs entsprechen einer Rohfläche des verwendeten Blechmaterials. Damit stellt sich eine große Reibwertstreuung und damit verbunden ein relativ großer, nicht erforderlicher Abstand zwischen maximalen und minimalen Haftreib-/Gleitreibmoment ein.
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In der
DE 10 2014 217 853 A1 ist ein weiterer, seriell zu der Federdämpfereinrichtung des Zweimassenschwungrades geschalteter, als Rutschkupplung wirkender Drehmomentbegrenzer offenbart, der in einem Ölbad eingesetzt oder anderweitig geschmiert ist, wodurch dieser eine aufwendige Abdichtung erfordert.
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Vor dem Hintergrund der Problematik bekannter Lösungen liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Drehschwingungsdämpfer einen baulich und/oder funktional verbesserten Drehmomentbegrenzer anzubieten, der mittels einer kostengünstig durchführbaren Maßnahme eine Einstellung des Reibwertes zwischen dem Reibbelag und den Reibpartnern ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Drehschwingungsdämpfer mit Drehmomentbegrenzer, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Abnmeldung darstellen können.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass jeder trockene Reibbelag in der durch Abschirmelemente abgedichteten Aufnahme des Drehmomentbegrenzers an einer mittels Laser aufgebrachten, strukturierten Kontaktfläche des Reibpartners abgestützt und geführt ist.
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Vorteilhaft kann durch Aufbringen einer Laserstruktur der Reibwert von den auch Gegenpartnern genannten Reibpartnern der trockenen Reibbeläge innerhalb eines Drehmomentbegrenzers so verändert werden, um einen gewünschten bzw. definierten Reibwert realisieren zu können. Mit dieser Maßnahme bietet sich die Möglichkeit, die Laserstruktur und damit den Reibwert projekt- und/oder motorabhängig einzustellen.
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Die sich dabei einstellende geringe Reibwertstreuung reduziert vorteilhaft entscheidend einen Abstand zwischen einem maximalen und minimalen Haftreib-/Gleitreibmoment auf ein für die Betriebssicherheit des Drehmomentbegrenzers ausreichendes Niveau. Damit verbunden können im Vergleich zu bisherigen Lösungen aufwendige Anpassungen an die Steuerung der Brennkraftmaschine entfallen, um die gewünschten Ergebnisse wie Impactreduzierung und Bauteilschutz zu erreichen.
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Mittels Laser besteht die Möglichkeit, die Kontaktflächen der Reibpartner von den Reibbelägen individuell zu konfigurieren zwecks Erreichung von gewünschten Reibwerten und/oder zur Darstellung spezieller Kundenanforderungen. Vorteilhaft ist durch die Laserbehandlung eine definiert raue, strukturierte Oberfläche beispielsweise in einer Graben- oder Gitterstruktur mit gleichbleibender Qualität kostengünstig darstellbar, die keine Nachbearbeitung erfordert und weder einen Materialverzug noch eine thermische Schädigung verursacht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die beidseitig an dem Trägerflansch bevorzugt mittels Nieten lagefixierten Reibbeläge an laserstrukturierten Kontaktflächen der Stützscheibe bzw. des Führungsblechs des Drehmomentbegrenzers geführt sind. Das Führungsblech und die Stützscheibe dienen als Reibpartner, wenn ein Haftreibmoment im Antriebsstrang überschritten ist, welches durch eine das Führungsblech kraftbeaufschlagte Tellerfeder bestimmt wird. Die Stützscheibe und das Führungsblech weisen jeweils an der Kontaktfläche zum Reibbelag eine durch Laser aufgebrachte Struktur auf, über die ein gewünschter Reibwert eingestellt werden kann. Alternativ dazu bietet es sich an, die Reibbeläge jeweils an der Stützscheibe bzw. dem Führungsblech zu befestigten, die im Einbauzustand an zumindest einer durch Laser aufgebrachten strukturierten Kontaktfläche von dem Trägerflansch geführt sind.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass zur Herstellung der strukturierten Kontaktflächen an der Stützscheibe, des Führungsblechs oder des Trägerflansches unterschiedliche Laser einsetzbar sind. Beispielsweise eignen sich dazu Lasertypen, bei denen Gas als Lasermedium eingesetzt ist oder Festkörperlaser um die Materialbearbeitung durchzuführen. Weiterhin kann eine Mikrostruktur in die Kontaktflächen mittels einer Laserätztechnologie eingebracht werden. Über die Haltedauer des Lasers und dessen Stärke kann die Struktur beispielsweise in ihrer Strichstärke und/oder der Eindringtiefe in das Material eingestellt werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, Laserstrukturen mit regelmäßigen oder voneinander abweichenden geometrischen Formen zu gestalten. Beispielsweise können die stirnseitigen Kontaktflächen mit einem strahlenförmigen, einem Sonnenprofil entsprechenden Muster strukturiert werden. Weiterhin kann die Mikrostruktur gleiche, voneinander beabstandete oder einander überkreuzende Linien mit unterschiedlichen Vertiefungen aufweisen. Die Kontaktflächen können außerdem konzentrisch, wellenförmig, quer oder schräg zu einer Dreh- bzw. Mittelachse ausgerichtete Laserstrukturlinien aufweisen, wobei der Winkel, der Abstand und/oder die Anzahl der Strahlen, Kreise oder Wellenform übereinstimmen oder voneinander abweichen. Die Laserstruktur ist vorteilhaft individuell unter Berücksichtigung der technischen Notwendigkeit, insbesondere des Reibwertes oder des wirtschaftlichen Aspektes konfigurierbar, wobei auch Kundenanforderungen hinsichtlich der Oberflächenbearbeitung beachtet werden können.
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Die Strukturwahl ist beispielsweise von der technischen Notwendigkeit, dem zu erzielenden Reibwert oder dem wirtschaftlichen Aspekt abhängig. Je mehr Strahlen, Kreise oder Wellenformen aufgebracht werden, desto länger dauert der Aufbringprozess, verbunden mit erhöhten Kosten. Am Beispiel von Ringen macht es keinen Sinn viele Musterüberschneidungen zu erreichen da, die Struktur sich vor allem im Außenbereich selbst wegschneidet.
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Vorgeschlagen wird weiter, dass die mittels Laser strukturierten Kontaktflächen eine Rauigkeit von ≥ 10 bis ≤ 40 µm Ra aufweisen. Durch die Mikrobearbeitung, dem Abtragen von hauchdünnen Schichten der Kontaktflächen kann die definierte, raue Oberfläche mit einer minimalen Strukturgröße erzielt werden.
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Bevorzugt umfasst der Drehmomentbegrenzer trockene Reibbeläge, die an dem Trägerflansch oder der Stützscheibe und dem Führungsblech vorzugsweise durch Nieten befestigt sind. Alternativ dazu bietet es sich an, eingelegte, formschlüssig gesicherte Reibbeläge zu verwenden. Zur Erzielung einer höheren Lebensdauer kann der Drehmomentbegrenzer außerdem mit stärker dimensionierten Reibscheiben bestückt werden, die ebenfalls bevorzugt mittels Nieten gesichert sind.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, zur wirksamen Abdichtung von der Aufnahme des Drehmomentbegrenzers an dem Trägerflansch beidseitig ein Abschirmblech zu befestigen, deren abgewinkelte Schenkel im Einbauzustand entgegengesetzt zueinander ausgerichtet und in einem radialen Abstand zu der Aufnahme angeordnet sind. Durch die Schenkel der aus einem Kunststoff oder aus einem Blechwerkstoff hergestellten Abschirmelemente wird die Aufnahme vollständig abgedeckt, die damit im Betriebszustand des Drehschwingungsdämpfers einen Schmierstoffeintritt in die Aufnahme des Drehmomentbegrenzers wirksam unterbinden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Drehschwingungsdämpfer abtriebsseitig einen Schraubendruckfedern einschließenden, weitestgehend reibungsfrei zumindest reibungsarm wirkenden Leerlaufdämpfer, welcher radial nach außen versetzt zum Drehmomentbegrenzer und radial unterhalb der Federdämpfereinrichtung positioniert ist. Der zwei Abschnitte von dem Trägerflansch verbindende, als Federdämpfer aufgebaute Leerlaufdämpfer bietet eine Ergänzung zum Schutz vor einer Überlast und unterbindet bei einer Hybridanwendung des Drehschwingungsdämpfers eine Geräuschentwicklung wie ein Leerlaufrasseln oder Verzahnungsklappern beispielsweise bei einem Ladevorgang der Batterie im Leerlauf der Brennkraftmaschine. Zur Erzielung einer verbesserten Isolation ist der Leerlaufdämpfer konstruktiv so ausgelegt, dass dieser unabhängig von der Grundreibung des Dämpfers eine Kennlinie mit einer möglichst flachen Steigung aufweist. Mit dem Leerlaufdämpfer können die steigenden Isolationsanforderungen hinsichtlich NVH (Noise, Vibration, Harshness) für Drehschwingungsdämpfer allgemein und speziell für Hybrid-Anwendungen erfüllt werden.
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Der Drehmomentbegrenzer ist bevorzugt für Drehschwingungsdämpfer bestimmt, die in hybridischen Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen einsetzbar sind. Derartige Anwendungen, auch DHT (Dedicated Hybrid Transmission) genannt, werden mit einem entsprechenden Getriebe kombiniert. Bei Drehmomentbegrenzern mit trockenen Reibbelägen stellt sich vorteilhaft ein enger Bereich zwischen dem minimalen und dem maximalen übertragbaren Drehmoment ein. Dieser Effekt ist insbesondere für DHT-Hybrid-Anwendungen wünschenswert, um einerseits das Drehmoment der Brennkraftmaschine sicher übertragen zu können, aber andererseits den Antriebsstrang vor Übermomenten zu schützen.
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Die Offenbarung wird nachfolgend anhand von sechs Figuren näher beschrieben, in denen unter anderem mehrere Ausführungsformen von gelaserten Kontaktflächen gezeigt sind. Die Anmeldung ist jedoch nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Es zeigt:
- 1: in einem Halbschnitt einen Drehschwingungsdämpfer mit Drehmomentbegrenzer;
- 2: eine gelaserte Kontaktfläche der Stützscheibe des Drehmomentbegrenzers in einer dreidimensionalen Abbildung;
- 3: eine gelaserte Kontaktfläche des Führungsblechs des Drehmomentbegrenzers in einer dreidimensionalen Abbildung;
- 4: eine Kontaktfläche mit einer sonnenförmigen Laserstruktur;
- 5: eine Kontaktfläche mit einer kreisförmigen Laserstruktur;
- 6: eine Kontaktfläche mit einer wellenförmigen Laserstruktur.
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In der 1 ist in einem Halbschnitt ein als Zweimassenschwungrad aufgebauter Drehschwingungsdämpfer 1 gezeigt, der beispielsweise in einem für eine Hybridanwendung (DHT) bestimmten Antriebsstrang (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Antriebsseitig ist der Drehschwingungsdämpfer 1 mit einer Brennkraftmaschine und abtriebsseitig beispielsweise mit einer Welle oder einer Schalttrennkupplung verbunden. Der Drehschwingungsdämpfer 1 umfasst brennkraftmaschinenseitig ein auch Primärteil genanntes Eingangsteil 2 und abtriebsseitig ein auch Sekundärteil genanntes Ausgangsteil 3, die gemeinsam um eine Drehachse 4 drehbar und relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind. Zwischen dem Eingangsteil 2 und dem Ausgangsteil 3 ist eine Federdämpfereinheit 5 mit als Bogenfedern 6 ausgeführten mechanischen Energiespeichern wirksam. Das Eingangsteil 2 umschließt gemeinsam mit einem Deckelelement 7 einen zur Aufnahme der Federdämpfereinheit 5 bestimmten Federraum 8, in dem die Bogenfedern 6 mit einem Federende an Anschlägen (nicht gezeigt) des Eingangsteils 2 und mit dem weiteren Federende an einem Trägerflansch 9 des mehrteilig aufgebauten Ausgangsteils 3 abgestützt sind. Zur Reibungsminderung der Bogenfedern 6 ist der Federraum 8 zumindest teilweise mit einem Schmierstoff bzw. einem Schmierfett gefüllt. Im Einbauzustand ist das Eingangsteil 2 des Drehschwingungsdämpfers 1 an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) befestigt. Das Ausgangsteil 3 ist über eine Abtriebsnabe 10 beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle (nicht gezeigt) verbunden, die bevorzugt formschlüssig in eine Steckverzahnung der Abtriebsnabe 10 eingreift.
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Innerhalb des Drehschwingungsdämpfers 1 ist ein als Rutschkupplung wirkender Drehmomentbegrenzer 11 integriert, der den Antriebsstrang, insbesondere dem Drehschwingungsdämpfer 1 nachgeordnete Aggregate vor schlagartig auftretenden Spitzenbelastungen, sogenannten Impacts schützt und auf ein betriebssicher übertragbares Drehmoment begrenzt. Sobald ein Drehmoment einen definierten maximalen Wert überschreitet, wird eine Drehmomentübertragung durch den Drehmomentbegrenzer 11 unterbrochen. Der Aufbau des Drehmomentbegrenzers 11 umfasst radial innenseitig beidseitig an dem Trägerflansch 9 mittels Nietverbindungen (nicht gezeigt) befestigte Reibbeläge 12, 13, die gemeinsam in eine Aufnahme 14 eingreifen. Die radial in Richtung der Federdämpfereinheit 5 offen, U-förmig gestaltete Aufnahme 14 ist axial von einer Stützscheibe 15 und einem Führungsblech 16 begrenzt, von denen die zum Eingangsteil 2 zeigende Stützscheibe 15 unmittelbar und das abtriebsseitige Führungsblech 16 mittelbar über ein Stützblech 17 durch Nietverbindungen 18 an der Abtriebsnabe 12 befestigt sind. Zwischen dem Führungsblech 16 und dem gekröpften Stützblech 17 ist eine Tellerfeder 19 eingesetzt, welche radial außenseitig kraftschlüssig an dem Führungsblech 16 abgestützt ist und damit gleichzeitig die Reibbeläge 12, 13 kraftbeaufschlagt.
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Als Maßnahme zur Darstellung einer abgeschirmten, abgedichteten Aufnahme 14, in der die trockenen Reibbeläge 12, 13 wirksam vor einem Schmierstoffeintritt aus dem Federraum 8 und allgemein vor Verunreinigungen geschützt sind, schließt der Drehmomentbegrenzer 11 zwei Abschirmelemente 20, 21 ein. Die jeweils zwischen den Reibbelägen 12, 13 und dem Trägerflansch 9 eingesetzten Abschirmelemente 20, 21 bilden jeweils radial oberhalb der Aufnahme 14 einen abgewinkelten, axial nach außen gerichteten Schenkel. Die Abschirmelemente 20, 21 sind zusammen mit den Reibbelägen 12, 13 über gemeinsame Nietverbindungen (nicht gezeigt) an dem Trägerflansch 9 befestigt.
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Der Drehschwingungsdämpfer 1 umfasst weiterhin einen dem Ausgangsteil 3 zugeordneten, radial oberhalb des Drehmomentbegrenzers 11 positionierten Leerlaufdämpfer 22, der zwischen zwei Abschnitten von dem Trägerflansch 9 eingesetzt und der mit der Federdämpfereinheit 5 in Reihe geschaltet ist. Der eine begrenzte Relativverdrehung ermöglichende Leerlaufdämpfer 22 besteht aus mehreren, umfangsverteilt angeordneten Schraubendruckfedern 23, die beispielsweise zwischen Federhaltern (nicht gezeigt) von Trägerflanschabschnitten abgestützt und lagefixiert sind.
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Zur Darstellung projekt- und/oder motorabhängiger Reibwerte schließt der Drehmomentbegrenzer 11 mittels Laser strukturierte Kontaktflächen 24, 25 ein, die unmittelbar mit den trockenen Reibbelägen 12, 13 zusammenwirken. Die auch Gegenpartner genannten Reibpartner der Reibbeläge 12, 13, die Stützscheibe 15 und das Führungsblech 16, sind dazu auf der zum Reibbelag 12, 13 gerichteten Seite mit einer Laserstruktur versehen. Mit dieser Maßnahme, dem Aufbringen einer Laserstruktur auf die Kontaktflächen 24, 25 ist ein gewünschter bzw. definierter Reibwert des Drehmomentbegrenzers 11 mit einer geringen Reibwertstreuung realisierbar.
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Die 2 und die 3 zeigen die Stützscheibe 15 und das Führungsblech 16 jeweils als Einzelteil in einer dreidimensionalen Abbildung. Im Bereich von kreisringartigen Kontaktflächen 24, 25 bildet sowohl die Stützscheibe 15 als auch das Führungsblech 16 eine oval ringartig gestaltete Laserstruktur 26, deren Ringe ineinander greifend angeordnet sind.
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In den 4 bis 6 sind alternative Laserstrukturen 27, 28, 29 für die Kontaktflächen 24, 25 der Stützscheibe 15 und des Führungsblechs 16 gezeigt. Die in 4 gezeigte sonnenartige Laserstruktur 27 schließt symmetrisch umfangsverteilt positionierte, in einem Winkel α1 beabstandete Strahlen ein. Der 5 ist eine kreisförmige Laserstruktur 28 zu entnehmen, wobei deren einzelne Kreise in einem Abstand S1 zueinander angeordnet sind. In der 6 ist eine Laserstruktur 29 in einer Wellenform gezeigt, mit in einem Abstand S2 angeordneten Wellen sowie einer in einem Winkel a2 verlaufenden Welligkeit. Für alle Laserstrukturen 27, 28, 29 der Kontaktflächen 24, 25 gilt, dass die Anzahl, der Abstand S1, S2 sowie der Winkel von den Strahlen, Kreisen oder Wellen beliebig ausgewählt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Eingangsteil
- 3
- Ausgangsteil
- 4
- Drehachse
- 5
- Federdämpfereinheit
- 6
- Bogenfeder
- 7
- Deckelelement
- 8
- Federraum
- 9
- Trägerflansch
- 10
- Abtriebsnabe
- 11
- Drehmomentbegrenzer
- 12
- Reibbelag
- 13
- Reibbelag
- 14
- Aufnahme
- 15
- Stützscheibe
- 16
- Führungsblech
- 17
- Stützblech
- 18
- Nietverbindung
- 19
- Tellerfeder
- 20
- Abschirmblech
- 21
- Abschirmblech
- 22
- Leerlaufdämpfer
- 23
- Schraubendruckfeder
- 24
- Kontaktfläche
- 25
- Kontaktfläche
- 26
- Laserstruktur
- 27
- Laserstruktur
- 28
- Laserstruktur
- 29
- Laserstruktur
- α1
- Winkel Laserstruktur 27
- α2
- Winkel Laserstruktur 29
- S1
- Abstand Laserstruktur 28
- S2
- Abstand Laserstruktur 29
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010025579 A1 [0004]
- DE 102014211603 A1 [0004]
- DE 102014217853 A1 [0006]
