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Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer sowie eine Brennkraftmaschine mit einem Torsionsschwingungsdämpfer und einem Ölabscheider, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer und der Ölabscheider beide in einem Ölraum der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
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Aus
DE 10 2015 221 505 B3 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle bekannt, bei welcher die Kurbelwelle mit einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung verbunden ist, wobei die Schwingungsdämpfungsvorrichtung einen in einem Schwingungsdämpfungsgehäuse angeordneten Schwingungsdämpfer in Form eines Torsionsschwingungsdämpfers umfasst. In dem Schwingungsdämpfungsgehäuse ist auch ein Ölabscheider zur Trennung eines Öl-LuftGemisches angeordnet, wobei das Schwingungsdämpfungsgehäuse mit einem Ölsammelbereich versehen ist, welcher über eine Ölrücklaufleitung mit einem Kurbelgehäuse verbunden ist und wobei eine Entlüftungsleitung des Schwingungsdämpfungsgehäuses mit der Umgebung verbunden ist. Dabei ist es vorgesehen, den Ölabscheider einerseits mit der Kurbelwelle zu verbinden und andererseits mit dem Ölabscheider zu koppeln. Ebenfalls verwiesen wird auf die Möglichkeit, dass der Ölabscheider einen Rotor umfasst, welcher mit dem Schwingungsdämpfer und/oder mit der Kurbelwelle verbunden ist. Dabei soll der Ölabscheider entweder über einen eigenen Antrieb verfügen oder überhaupt nicht angetrieben sein.
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Aus
DE 10 2010 015 249 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, welcher direkt am Kurbelwellenende starr angeflanscht ist und ein als Nabenring bezeichnetes Innenelement, ein als Federkörper bezeichnetes Federelement und eine sich radial außenseitig an das Federelement anschließende Tilgermasse aufweist, die als Schwungring bezeichnet ist.
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Aus
DE 10 2018 222 507 B3 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkurbelgehäuse bekannt, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, mit welcher ein in einem in dem Zylinderkurbelgehäuse ausgebildeten Zylinder angeordneter Kolben und ein als Drehschwingungsdämpfer bezeichneter gattungsgemäßer Torsionsschwingungsdämpfer kraftübertragend gekoppelt sind. Dabei ist vorgesehen, dass der Drehschwingungsdämpfer mehrere Dämpferelemente aufweist, nämlich ein mit der Kurbelwelle drehfest gekoppeltes Primärelement und wenigstens ein mit dem Primärelement elastisch gekoppeltes Sekundärelement. Dabei ist das wenigstens eine Sekundärelement lediglich mittelbar über das Primärelement an die Kurbelwelle angebunden, und an zumindest einem der Dämpferelemente ist ein als Schmiermittelabscheider bezeichneter Ölabscheider ausgebildet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem gattungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einem Ölabscheider sowie eine Brennkraftmaschine mit einem Torsionsschwingungsdämpfer und einem Ölabscheider zur Verfügung zu stellen, die kompakt bauen und die Montage vereinfachen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßer Torsionsschwingungsdämpfer weist ein Innenelement mit einem sich radial nach außen ersteckenden Innenelement-Radialwandabschnitt auf. Ferner ist eine an dem Innenelement ausgebildete oder eine mit dem Innenelement verbundene Tilgermasse vorgesehen, wobei
- a) das Innenelement entweder selbst als Ölabscheider ausgebildet ist
oder
- b) das Innenelement mit mindestens einem Funktionselement verbunden ist, wobei das Funktionselement zumindest teilweise als Ölabscheider ausgebildet ist.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, weist ein erfindungsgemäßer Torsionsschwingungsdämpfer damit einen integral ausgebildeten Ölabscheider auf, der entweder durch das Innenelement selbst gebildet ist oder zumindest teilweise durch ein - vorzugsweise unmittelbar - mit dem Innenelement verbundenes Funktionselement gebildet ist. Dadurch ergibt sich ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einem integrierten Ölabscheider, der eine besonders kompakte Gestaltung aufweist und den Montageaufwand gering hält, insbesondere wenn der Ölabscheider einstückig an dem Innenelement ausgebildet ist oder wenn die Montage des Funktionselements an dem Innenelement gegenüber einer Montage eines Elements an der Kurbelwelle weniger Montageaufwand bedeutet.
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Bei einem Innenelement im Sinne der Erfindung handelt es sich insbesondere um ein scheibenartig bzw. tellerartig ausgebildetes Element, das sich von einem mittleren Drehpunkt in radialer Richtung senkrecht zu einer Drehachse nach außen erstreckt. Das Innenelement kann auch eine Vertiefung oder sonstige geometrische Gestaltungen aufweisen. Vorzugsweise ist das Innenelement drehsymmetrisch, achssymmetrisch und/oder punktsymmetrisch gestaltet. Um eine einfache drehfeste Verbindung zu einer Stirnseite einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine herzustellen, ist es bevorzugt, wenn das Innenelement im mittleren Bereich ein oder mehrere Öffnungen aufweist, insbesondere eine mittige Öffnung, die sich über den Bereich des Drehpunktes erstreckt.
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Eine Tilgermasse im Sinne der Erfindung ist insbesondere außenseitig des Innenelements ausgebildet oder angeordnet. Vorzugsweise ist als Tilgermasse ein separates Tilgermasseelement vorgesehen, wobei dann insbesondere zwischen dem Innenelement und dem Tilgermasseelement ein Federelement angeordnet ist, um das Innenelement von dem Tilgermasseelement zu entkoppeln. Als solches Federelement eignet sich insbesondere ein Gummielement.
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Ferner ist bei einem erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer an dem Innenelement und/oder an dem Funktionselement zumindest teilweise ein radial nach außen gerichteter Ölnebelpfad ausgebildet, der zu einem radial außenseitigen Öl-Abscheidebereich führt, wobei ein Blow-by-Pfad von dem Öl-Abscheidebereich radial nach innen zu einem Axial-Ausleitpfad führt, um Blow-by-Gas in axialer Richtung aus dem Torsionsschwingungsdämpfer herauszuführen. Mit dieser Gestaltung kann ein Ölabscheider besonders kompakt und mit überschaubarem konstruktivem Aufwand in gattungsgemäße Torsionsschwingungsdämpfer integriert werden. Unter einem Ölabscheider im Sinne der Erfindung werden insbesondere solche Vorrichtungen verstanden, die zur Trennung eines Ölnebels (Öl-Luft-Gemisch) in Öl und Blow-by-Gas ausgebildet ist, insbesondere ein Zentrifugal-Ölabscheider, bei dem das Öl gegen eine radial außen angeordnete Prallwand geschleudert wird und dann - beispielsweise unter Ausnutzung der Schwerkraft oder anderer konstruktiver Elemente - zum Abfließen in eine Ölwanne und von dort aus zurück in einen Ölkreislauf einer Brennkraftmaschine gebracht wird.
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Darüber hinaus ist bei einem erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer ein Axial-Ausleitpfad als trichterartige Struktur ausgebildet, die in einen sich in radialer Richtung nach außen erstreckenden äußeren Radialwandabschnitt übergeht. Als trichterartige Struktur eignet sich in diesem Fall insbesondere eine zylindrische oder eine kegelstumpfartig geformte Struktur.
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In einer praktischen Ausführungsform ist an einem erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer zumindest ein Ölnebelpfad, ein Öl-Abscheidebereich, ein von dem Öl-Abscheidebereich wegführender Blow-by-Pfad und/oder ein Axial-Ausleitpfad, insbesondere für Blow-by-Gas vollständig an dem Funktionselement ausgebildet. In diesem Fall und auch allgemein ist es bevorzugt, wenn das Funktionselement aus Kunststoff hergestellt ist. Sowohl das Funktionselement als auch das Innenelement können jedoch auch aus einem beliebigen anderen Werkstoff hergestellt sein, insbesondere aus Stahl, Kunststoff oder einem anderen Metallwerkstoff oder Nichtmetallwerkstoff.
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Weitere montagetechnische Vorteile ergeben sich, wenn das Funktionselement eines Torsionsschwingungsdämpfers mittels einer Steckverbindung mit dem Innenelement verbunden ist. Dabei können Kupplungselemente für Steckverbindungen entweder nur an einem der beiden Elemente und/oder an beiden der Elemente Innenelement und Funktionselement vorgesehen sein. Bevorzugt sind Klemmverbindungen und/oder Clip-Verbindungen.
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Aus konstruktiven Aspekten bevorzugt, insbesondere bei einer Herstellung eines Funktionselements oder Innenelements aus Kunststoff, ist es, wenn an dem Funktionselement oder an dem Innenelement eines Torsionsschwingungsdämpfers nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 mehrere, in radialer Richtung verlaufende, parallel zueinander versetzt angeordnete Radialwandabschnitte ausgebildet sind, mittels welchen ein radial nach außen gerichteter Ölnebelpfad und/oder ein radial nach innen gerichteter Blow-by-Pfad und/oder ein Axial-Ausleitpfad gebildet sind.
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Dabei kann die Herstellung eines Funktionselements oder eines Innenelements insbesondere dann einstückig erfolgen, wenn zumindest zwei parallel zueinander versetzt angeordnete Radialwandabschnitte mittels mindestens einer sich in axialer Richtung erstreckenden Verbindungsstruktur miteinander verbunden sind. Als Verbindungsstruktur geeignet sind insbesondere als Luftleitelemente dienende Finnen zur Beschleunigung von Ölnebel oder Blow-By-Gas. Alternativ oder zusätzlich können als Verbindungsstruktur auch ein oder mehrere Verbindungsstege vorgesehen sein.
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Wenn an dem Funktionselement und/oder an dem Innenelement eines erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers mindestens eine Finne vorgesehen ist, kann ein Ölnebelstrom durch geeignete Anordnung und Ausrichtung der Finne(n) - vorzugsweise in radialer Richtung nach außen - beschleunigt und dadurch die Effizienz des Ölabscheiders verbessert werden. Bevorzugt sind eine Vielzahl von Finnen in etwa gleichmäßig über den Umfang verteilt in einem Ölnebelpfad vorgesehen, um einen, insbesondere in radialer Richtung nach außen gerichteten, Ölnebelstrom zu beschleunigen. Bevorzugt sind die eine Finne oder mehreren Finnen an einem Innenelement oder Funktionselement unmittelbar angespritzt oder angegossen, insbesondere wenn dieses aus Kunststoff hergestellt ist.
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Das Innenelement eines Torsionsschwingungsdämpfers weist vorzugsweise mindestens eine Durchgangsöffnung auf. Eine Durchgangsöffnung kann oder mehrere Durchgangsöffnungen können insbesondere in einem mittleren Bereich des Innenelements vorgesehen sein, um das Innenelement drehfest mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zu verbinden. Alternativ oder in Ergänzung kann eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen in weiteren Bereichen des Innenelements vorgesehen sein, insbesondere kreisförmig über den Umfang verteilt, um die Masse eines Innenelements möglichst gering zu halten.
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Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und mit einem wie vorstehend beschriebenen Torsionsschwingungsdämpfer wobei der Torsionsschwingungsdämpfer drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf Torsionsschwingungsdämpfer verwiesen, die in einem Ölraum der Brennkraftmaschine angeordnet sind, insbesondere einer Hubkolben-Brennkraftmaschine. Ebenfalls wird auf Brennkraftmaschinen verwiesen, bei denen das über den Ölabscheider abgeschiedene Öl unmittelbar in eine Zwischen-Ölwanne und von dort in die Haupt-Ölwanne geleitet wird.
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Der Durchmesser einer Kurbelwelle einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine liegt vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 30 mm und 70 mm, weiter bevorzugt zwischen 40 mm und 60 mm, insbesondere bei etwa 50 mm +/- 5 mm. Der Torsionsschwingungsdämpfer weist einen größeren Durchmesser auf, insbesondere mindestens 1,5- bis 5-fachen Durchmesser, vorzugsweise in etwa den 2-4-fachen Durchmesser.
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Das Innenelement und/oder ein Funktionselement eines erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers ist vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff oder aus Kunststoff hergestellt, insbesondere aus Polyamid.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform eines Torsionsschwingungsdämpfers in einem nicht montierten Zustand in einer isometrischen Darstellung,
- 2 den Torsionsschwingungsdämpfer aus 1 im montierten Zustand in einer isometrischen Halbschnittdarstellung,
- 3 den Torsionsschwingungsdämpfer aus den 1 und 2 mit einer ersten Variante eines Deckels und weiteren Elementen im montierten Zustand in einer isometrischen Halbschnittdarstellung,
- 4 den Torsionsschwingungsdämpfer aus den 1 bis 3 im montierten Zustand in einer Schnittdarstellung gemäß der Linie IV-IV in 3,
- 5 das Funktionselement eines Torsionsschwingungsdämpfers gemäß den 1 bis 4 mit einer zweiten Variante eines Deckels und einem Zahnriemen,
- 6 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer und dem Deckel aus 5.
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Die 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Torsionsschwingungsdämpfers 10 mit einem Innenelement 12, welches einen sich radial nach außen ersteckenden Innenelement-Radialwandabschnitt 76 aufweist und mit einer mit dem Innenelement 12 verbundenen Tilgermasse in Form eines separaten Tilgermasseelements 16. Der Innenelement-Radialwandabschnitt 76 endet außenseitig mit einer Innenelement-Umfangswand 78. Zwischen der Innenelement-Umfangswand 78 des Innenelements 12 und dem Tilgermasselement 16 ist ein Federelement 14 in Form eines Gummielements angeordnet. Dadurch werden insbesondere Schwingungen zwischen dem Tilgermasselement 16 und dem Innenelement 12 entkoppelt. Wie sich aus einer Zusammenschau der 1 und 3 ergibt, ist das Innenelement 12 im montierten Zustand mit einem Funktionselement 20 verbunden. In der gezeigten Variante ist dazu eine Steckverbindung zwischen dem Innenelement 12 und dem Funktionselement 20 insoweit vorgesehen, als an dem Funktionselement 20 ausgebildete Vorsprünge klemmend in korrespondierenden radial äußeren Öffnungen des Innenelements 12 befestigt sind (siehe 3). Alternativ oder in Ergänzung dazu können auch Clip-Elemente oder sonstige Verbindungselemente vorgesehen sein, um eine (ggf. zusätzliche) formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Innenelement 12 und dem Funktionselement 20 herzustellen. Auch eine - ggf. ergänzende - stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Klebverbindung, Lötverbindung und/oder Schweißverbindung ist möglich.
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Das Funktionselement 20 wird wie im Folgenden beschrieben teilweise als Ölabscheider ausgebildet. Dazu wird zunächst die Funktionsweise des Ölabscheiders beschrieben, wenn der Torsionsschwingungsdämpfer wie in 3 erkennbar montiert ist. Die Montage erfolgt durch Positionieren des Innenelements 12 derart an einer Stirnseite einer Kurbelwelle (nicht dargestellt), dass die zentrale Öffnung des Innenelements 12 mit einer Öffnung in der Stirnseite der Kurbelwelle in Überdeckung gelangt und ein Fixierelement 22 in Form einer Schraube mit Schraubenkopf 24 und Schraubenschaft 26 zum Verschrauben des Innenelements 12 mit der Stirnseite der Kurbelwelle genutzt werden kann.
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Wie in 1 ferner ersichtlich ist, weist das Innenelement 12 mehrere, sich über den äußeren Bereich des Innenelements 12 erstreckende Durchgangsöffnungen 28 auf.
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Ölnebel kann gemäß dem Pfeil 32 in einen als Ölnebel-Beschleunigungsabschnitt gestalteten Ölnebelpfad 64 strömen, welcher sich zwischen zwei an dem Funktionselement 20 ausgebildeten, parallel zueinander verlaufenden Radialwandabschnitten 66, 72 erstreckt. Wie in 4 ersichtlich ist, sind zwischen dem mittleren Radialwandabschnitt 72 und dem äußeren Radialwandabschnitt 66 eine Vielzahl von Luftleitelementen 42 in Form von Finnen 44 vorgesehen. Diese sind in der gezeigten Ausführungsform, in welcher das Funktionselement 20 aus Kunststoff hergestellt ist, einstückig an dem Funktionselement 20 angespritzt. Die Finnen 44 dienen dazu, den Ölnebel in einer Richtung radial nach außen im Ölnebel-Beschleunigungsabschnitt in Richtung eines Öl-Abscheidebereichs 18 zu beschleunigen. Die Öl-Abscheidung erfolgt ist in der gezeigten Ausführungsform in dem Öl-Abscheidebereich 18 über eine sich über den Außenumfang des Funktionselements 20 erstreckende Umfangswand (nicht dargestellt). Durch den Aufprall des Ölnebels an dieser Wand wird Öl abgeschieden und über einige in der Wand ausgebildete Öffnungen in Richtung des Pfeils 34 in einen Spaltraum zwischen der Umfangswand des Funktionselements 20 und der Innenumfangswand des Innenelements 12 geleitet (vgl. 2).
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Über diesen Spaltraum, der vorzugsweise eine sich in radialer Richtung erstreckende Weite von 0,3 mm bis 50 mm aufweist, kann das Öl dann schwerkraftbedingt nach unten in eine Ölwanne 48 abfließen (vgl. 3). Vorzugsweise beträgt die Weite 0,5 mm, 1 mm, 2 mm, 5 mm oder 10 mm, insbesondere maximal 10 mm.
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Nicht abgeschiedenes Öl verbleibt stromabwärts der Öl-Abscheidebereichs 18 im Blow-by-Gas und strömt wieder radial nach innen in Richtung des Pfeils 36 und wird dann in Richtung des Pfeils 38 in axialer Richtung über einen - in dieser Ausführungsform axial verlaufenden - Blow-by-Kanal 30 heraus. In 2 ist der Blow-by-Kanal 30 nur als Ausschnitt dargestellt. In 3 ist erkennbar, dass der Blow-by-Kanal 30 in einen Deckel 40 integriert ist und derart orientiert ist, dass Blow-by-Gas durch den Blow-by-Kanal 30 in axialer Richtung aus dem Torsionsschwingungsdämpfer 10 herausströmt.
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In 3 ist auch erkennbar, dass der Deckel 40 an einem Element des - nur exemplarisch dargestellten - Kurbelgehäuses 50 befestigt ist, hier mittels nicht dargestellter Schrauben. Zwischen dem Deckel 40 und dem Kurbelgehäuse 50 ist im Hintergrund auch eine Zahnriemenabdeckung 52 erkennbar, welcher zur Abdeckung des in den 5 und 6 ausschnittsweise dargestellten Zahnriemens 46 dient. Der Zahnriemen 46 verbindet in der in 6 gezeigten Brennkraftmaschine 56 die nicht dargestellte Nockenwelle, welche oberhalb der vier Zylinder 58 angeordnet ist, mit der ebenfalls nicht dargestellten Kurbelwelle.
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In den 5 und 6 ist eine Ausführungsform mit einer alternativen Variante eines Deckels 40 dargestellt, mittels welchem das Blow-by-Gas nach der axialen Ausleitung aus dem Funktionselement 20 unmittelbar in eine Richtung senkrecht dazu umgelenkt und in Richtung des Pfeils 60 und des Pfeils 62 durch die Brennkraftmaschine 56 zu einer nicht im Detail dargestellten Blow-by-Gas-Einleitstelle geführt wird.
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Wie in 2 gut erkennbar, besteht das Funktionselement 20 in der gezeigten Ausführungsform im Wesentlichen aus einem sich in radialer Richtung erstreckenden äußeren Radialwandabschnitt 66, der über einen Bogenabschnitt 68 mit einem inneren Radialwandabschnitt 70 verbunden ist. Ferner ist ein mittlerer Radialwandabschnitt 72 vorgesehen, welcher über sich axial erstreckende Verbindungsstege 74 - hier in Form der bereits in Verbindung mit 4 erwähnten Finnen 44 - ausgebildet, mit dem äußeren Radialwandabschnitt 66 verbunden ist.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in sämtlichen Figuren für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 12
- Innenelement
- 14
- Federelement (Gummielement)
- 16
- Tilgermasseelement
- 18
- Öl-Abscheidebereich
- 20
- Funktionselement
- 22
- Fixierelement, Schraube
- 24
- Schraubenkopf
- 26
- Schraubenschaft
- 28
- Öffnung
- 30
- Blow-by-Kanal
- 32
- Pfeil (Ölnebel-Eintritt)
- 34
- Pfeil (Ölaustritt)
- 36
- Pfeil (Blow-by-Austritt)
- 38
- Pfeil (Blow-by-Austritt)
- 40
- Deckel
- 42
- Luftleitelement
- 44
- Finne
- 46
- Zahnriemen
- 48
- Ölwanne
- 50
- Kurbelgehäuse (exemplarisch)
- 52
- Zahnriemenabdeckung
- 54
- Befestigungselement (Schraube)
- 56
- Brennkraftmaschine
- 58
- Zylinder
- 60
- Pfeil (Blow-by Strömung im Deckel)
- 62
- Pfeil (Blow-by Strömung durch Brennkraftmaschine zu einer Einleitstelle)
- 64
- Ölnebelpfad
- 66
- äußerer Radialwandabschnitt
- 68
- Bogenabschnitt
- 70
- innerer Radialwandabschnitt
- 72
- mittlerer Radialwandabschnitt
- 74
- Steg
- 76
- Innenelement-Radialwandabschnitt
- 78
- Innenelement-Umfangswand
