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Die Erfindung betrifft ein Schwungrad zur Befestigung an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einen Drehschwingungsdämpfer mit diesem mit einer um eine Drehachse angeordneten, vorgegebenen Schwungmasse, wobei die Schwungmasse eine Vorgabeunwucht aufweist.
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Gattungsgemäße Schwungräder werden an Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Zur Vermeidung von ungleichen Masseverteilungen um die Rotationsachse wie Drehachse mit daraus resultierenden Vibrationen werden derartige Schwungräder feingewuchtet, indem beispielsweise sogenannte Wuchtbohrungen in das Schwungrad eingebracht oder Gegengewichte montiert werden.
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Weiterhin ist bekannt, in Schwungräder eine gezielte Unwucht meist an der Seite anzubringen, um ein Schwingungsverhalten, beispielsweise freie Massenmomente zweiter Ordnung speziell ausgebildeter Brennkraftmaschinen mit einer ungeraden Anzahl von Zylindern auszugleichen. Beispielsweise ist aus der Druckschrift
WO 2016/141930 A1 eine Drehmomentübertragungseinrichtung bekannt, bei der ein scheibenförmiges Plattenelement mit mindestens zumindest einer Wuchtausnehmung vorgesehen ist, die dem Auswuchten oder dem Einstellen einer vorbestimmten Vorgabeunwucht dient.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines gattungsgemäßen Schwungrads und eines Drehschwingungsdämpfers mit diesem. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Schwungrad und einen Drehschwingungsdämpfer mit diesem mit einer vorgegebenen Unwucht ohne Schwächung des Schwungrads und ohne Massenverlust vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Die von den Ansprüchen 1 und 8 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Gegenstände des Anspruchs 1 und des Anspruchs 8 wieder.
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Das vorgeschlagene Schwungrad dient der Beruhigung des von einer Brennkraftmaschine bereitgestellten Drehmoments und ist zur Befestigung an einer Kurbelwelle dieser vorgesehen. Das Schwungrad weist hierzu eine um eine Drehachse angeordnete, vorgegebene Schwungmasse auf. Die Schwungmasse kann in Form eines Einmassenschwungrads oder als geteilte Schwungmasse unter Ausbildung des vorgeschlagenen Drehschwingungsdämpfers ausgebildet sein. Bei einer geteilten Schwungmasse sind eine Primärschwungmasse und eine Sekundärschwungmasse entgegen der Wirkung einer in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung um die Drehachse begrenzt gegeneinander verdrehbar angeordnet. Hierbei ist die Primärschwungmasse mit der Kurbelwelle verbunden und einem Eingangsteil des Drehschwingungsdämpfers zugeordnet. Die Sekundärschwungmasse ist dem Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers zugeordnet und bildet die Schnittstelle zum nachfolgenden Antriebsstrang. Hierzu kann die Sekundärschwungmasse eine Gegendruckplatte aufweisen, die in Verbindung mit einer an der Sekundärschwungmasse aufgenommenen Kupplungsdruckplatte und einer Kupplungsscheibe eine Reibungskupplung bildet. Alternativ kann eine nachfolgende Antriebsstrangeinrichtung, beispielsweise eine Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes, ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, ein Rotor einer Elektromaschine oder die Getriebeeingangswelle eines Getriebes eine drehfeste Steckverbindung mit dem Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers verbunden sein, wobei die Sekundärschwungmasse vollständig an dem Ausgangsteil oder in der Antriebsstrangeinrichtung oder auf das Ausgangsteil und die Antriebsstrangeinrichtung verteilt vorgesehen sein kann. Das Schwungrad, beispielsweise die Primärschwungmasse und/oder insbesondere die Sekundärschwungmasse kann zusätzlich ein Fliehkraftpendel zur verbesserten Drehschwingungsisolation enthalten. Die Schwungmasse, in einem geteilten Schwungrad insbesondere die Primärschwungmasse, weist eine Vorgabeunwucht auf, um beispielsweise unkompensierte Massenmomente zweiter Ordnung der Brennkraftmaschine oder dergleichen auszugleichen. Um eine derartige Ausgleichung ohne Massenabtrag am Schwungrad und ohne Schwächung des Schwungrads vorsehen zu können, ist die Vorgabeunwucht mittels eines Unwuchtelements vorgesehen, welches mittels eines radial äußeren Bereichs mit dem Schwungrad, bevorzugt mit der Primärschwungmasse beziehungsweise dem diese enthaltenden Eingangsteil verbunden ist und wobei ein radial innerer Bereich des Unwuchtelements das Schwungrad axial hinterschneidet. Dies bedeutet, dass mittels des Unwuchtelements an der vorgegebenen Winkelposition des Schwungrads Material zugefügt und nicht abgetragen wird. Hierbei ist die Befestigung des Unwuchtelements an der Schwungmasse funktionell getrennt, wobei eine Fixierung wie Verliersicherung des Unwuchtelements an seinem radial äußeren Bereich und eine mittels des Hinterschnitts, das heißt, eine axiale Überschneidung eines Teils des Schwungrads mittels des radialen Bereichs des Unwuchtelements, zusätzliche Kraftabstützung insbesondere gegen Fliehkraft an seinem radial inneren Bereich erfolgt. In bevorzugter Weise ist dabei das Unwuchtelement an einer radialen Flanke des Schwungrads, insbesondere an der der Brennkraftmaschine abgewandten Seite angeordnet.
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Bei einem geteilten Schwungrad kann das die Primärschwungmasse bildende Eingangsteil aus einem mit der Kurbelwelle befestigbaren Scheibenteil und einem mit diesem dichtverbundenen Scheibenteil eine Ringkammer für die Federeinrichtung bilden. Hierbei kann das Unwuchtelement an dem Deckelteil angeordnet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Schwungrads kann eine weitere Stabilisierung des Unwuchtelements an diesem erzielt werden, indem das Unwuchtelement mit einem Schwerpunkt versehen ist, welcher bezogen auf eine zur Drehachse senkrecht verlaufenden Befestigungsebene des Unwuchtelements an der Schwungmasse axial in Richtung des Schwungrads verlagert ist. Dies bedeutet, dass sich bei um die Drehachse drehendem Schwungrad ein Drehmoment um den Schwerpunkt ausbildet, so dass der radial innere Bereich des Unwuchtelements am Hinterschnitt mit einer drehzahlabhängigen Anpresskraft gegen das Schwungrad gedrückt wird. Selbst bei loser Befestigung des Unwuchtelements an seinem radial äußeren Bereich kann dadurch ein Ablösen und Beschleunigen des Unwuchtelements nach radial außen bei großer Drehzahl mit einer Verletzungsgefahr und Beschädigung von umliegenden Bauteilen vermieden werden.
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Beispielsweise kann der Hinterschnitt ausgebildet sein, indem das Unwuchtelement in dem radial inneren Bereich zumindest eine axial in Richtung des Schwungrads erweiterte Kralle aufweist. Diese zumindest eine Kralle hintergreift dabei einen axialen Absatz des Schwungrads, beispielsweise eines Deckelteils eines Eingangsteils eines Drehschwingungsdämpfers axial. Alternativ kann die zumindest eine Kralle in eine Einsenkung, insbesondere eine Öffnung des Schwungrads eingreifen. Beispielsweise kann in einem Deckelteil des Drehschwingungsdämpfers eine Öffnung vorgesehen, beispielsweise gestanzt oder gebohrt sein, in die die zumindest eine Kralle eingreift. Hierbei können eine oder mehrere Krallen der Zentrierung beziehungsweise Positionierung des Unwuchtelements gegenüber dem Schwungrad dienen. Im Falle eines Eingriffs der zumindest einen Kralle in der Öffnung kann im Wesentlichen eine Abdichtung der Öffnung insbesondere bei einer Öffnung in einem Deckelteil einer mit Schmiermittel zumindest teilweise befüllten Ringkammer bilden. Sollte der Durchmesser der zumindest einen Kralle kleiner als der Durchmesser der Öffnung sein, kann eine entsprechende Stiftlänge der zumindest einen Kralle dafür sorgen, dass die Kralle aus der Öffnung nicht oder nur erschwert ausschwenken kann.
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Das Unwuchtelement kann an seinem radial äußeren Bereich verstemmt, verschweißt oder vernietet sein. Beispielsweise kann aus gestanztem und umgeformtem Material des Schwungrads, beispielsweise aus dem Deckelteil einer Ringkammer der Primärschwungmasse eines geteilten Schwungrads zumindest eine Nietwarze ausgedrückt sein, mit der das Unwuchtelement vernietet ist. Bei entsprechend dünner Materialstärke des die zumindest eine Nietwarze bildenden Bauteils wie beispielsweise des Deckelteils kann der Schließkopf der Nietwarze mit geringer Überdeckung ausgebildet sein. Hierbei kann der radial innere Bereich des Unwuchtelements insbesondere bei in Richtung Schwungmasse verlagertem Schwerpunkt und/oder Verkrallung mit dem Schwungrad die Befestigung des Unwuchtelements an der Nietwarze stabilisieren. Beispielsweise kann im Falle sehr dünner Bleche für das Deckelteil die Vernietung wegen der vergleichsweise kurz herstellbaren Nietwarzen im konischen Stanzausbruch der Öffnung an dem Unwuchtelement erfolgen, ohne dass ein vollständiger Schließkopf ausgebildet wird.
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Beispielsweise zur Erhöhung der Masse des Unwuchtelements bei minimiertem axialem Bauraum kann sich das Unwuchtelement über einen größeren Umfang von beispielsweise 5° bis 50° erstrecken. Beispielsweise kann sich das Unwuchtelement an mehreren, beispielsweise zwei bis zehn über den Umfang verteilt angeordneten Nietwarzen erstrecken/oder mehrere, beispielsweise zwei bis sieben über den Umfang beabstandete Krallen aufweisen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des vorgeschlagenen Drehschwingungsdämpfers enthält ein um eine Drehachse angeordnetes Eingangsteil mit der vorgeschlagenen Schwungmasse und ein entgegen der Wirkung einer Federeinrichtung, beispielsweise mit auf ihren Einsatzdurchmesser vorgebogenen Bogenfedern, begrenzt um die Drehachse gegenüber diesem verdrehbares Ausgangsteil. Der Drehschwingungsdämpfer ist als geteiltes Schwungrad ausgebildet, dessen Primärschwungmasse eine aus einem Scheibenteil und einem dicht mit diesem verbundenen Deckelteil gebildete Ringkammer aufweist, wobei das Unwuchtelement an dem Deckelteil befestigt ist. Weiterhin ist axial in einem geringen Abstand mit einem axialen Spalt von beispielsweise 1,5 bis 3 mm ein ausgangsseitiges Bauteil, beispielsweise eine beispielsweise scheibenförmige Zusatzmasse des Ausgangsteils, eine Getriebegehäusewand, ein Wandlertorus oder ein Rotor oder Stator einer Elektromaschine oder dergleichen angeordnet. Hierbei ist das Unwuchtelement in diesem Spalt oder radial innerhalb dieses Spalts angeordnet. Die axiale Breite des Unwuchtelements oder dessen räumliche Sperrgeometrie ist dabei breiter als der Spalt, so dass bei einem Bruch der Befestigung am radial äußeren Bereich und eine Auflösung des Hinterschnitts am radial inneren Bereich nicht zu einem Abschleudern des Unwuchtelements führt, so dass ein Berstschutz gebildet ist. Hierbei kann beispielsweise ein Ablösen des Unwuchtelements neben einer Erkennung einer Unwucht in der Bordelektronik allein schon an der Geräuschbildung ohne weitere Diagnostik erkannt und eine Werkstatt aufgesucht werden.
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Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 den oberen Teil eines um eine Drehachse verdrehbar angeordneten Drehschwingungsdämpfers im Schnitt,
- 2 ein Schnittdetail des Drehschwingungsdämpfers der 1,
- 3 eine Ansicht des Unwuchtelements der 1 und 2,
- 4 den oberen Teil des Drehschwingungsdämpfers der 1 und 2 bei Beginn eines sich ablösenden Unwuchtelements,
- 5 den oberen Teil des Drehschwingungsdämpfers der 1 und 2 bei vollständig abgelöstem Unwuchtelement
und
- 6 ein Schnittdetail eines gegenüber dem Drehschwingungsdämpfer der 1 und 2 abgeänderten Drehschwingungsdämpfers.
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Die 1 zeigt den oberen Teil des um die Drehachse d verdrehbar angeordneten Drehschwingungsdämpfers 1, dessen Schwungrad 2 als geteiltes Schwungrad mit der dem Eingangsteil 3 zugeordneten Primärschwungmasse 4 und der zumindest teilweise in dem Ausgangsteil 5 angeordneten Sekundärschwungmasse 6 ausgebildet ist.
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Das Eingangsteil 3 und das Ausgangsteil 5 sind entgegen der Wirkung der Federeinrichtung 7 gegeneinander um die Drehachse d begrenzt verdrehbar. Die Federeinrichtung 7 enthält die über den Umfang verteilt angeordneten, auf ihren Einsatzdurchmesser vorgebogenen Bogenfedern 8. Die Federeinrichtung 7 ist in der von dem mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbaren Scheibenteil 9 und dem mit diesen dicht verbundenen, beispielsweise verschweißten Deckelteil 10 gebildeten Ringkammer 11 untergebracht. Die Stirnseiten der Bogenfedern 8 sind jeweils eingangsseitig und ausgangsseitig beaufschlagt. Hierzu sind an dem Scheibenteil 9 und/oder an dem Deckelteil 10 - nicht einsehbare - axial in die Ringkammer 11 gerichtete Mitnehmer, die beispielsweise angeschweißt oder angeprägt sind, vorgesehen. Die ausgangsseitige Beaufschlagung erfolgt mittels des Flanschteils 12, dessen radial erweiterte, nur angedeutete Flanschflügel 13 radial zwischen die jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Stirnflächen der Bogenfedern 8 eingreifen.
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Das Flanschteil 12 ist mittels der Vernietung 14 mit der Ausgangsnabe 15 und der scheibenförmigen, aus Blech hergestellten Massescheibe 17 der Sekundärschwungmasse 6 verbunden. Mittels der Innenverzahnung 16 der Ausgangsnabe 15 ist eine drehfeste Verbindung zu einer nachfolgenden Antriebsstrangeinrichtung ausgebildet, die einen weiteren Teil der Sekundärschwungmasse 6 bilden kann.
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In dem Schwungrad 2 und damit in dem Drehschwingungsdämpfer 1 ist mittels des Unwuchtelements 18 eine gewünschte Unwucht eingestellt, die beispielsweise freie Massenmomente zweiter Ordnung oder dergleichen der mittels des Scheibenteils 9 angekoppelten Brennkraftmaschine kompensiert. Das Unwuchtelement 18 weist einen radial äußeren Bereich 19 und einen radial inneren Bereich 20 auf. Der radial äußere Bereich 19 dient der Fixierung wie Befestigung des Unwuchtelements 18 an dem Deckelteil 10. Hierzu sind an dem Deckelteil 10 eine oder mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Nietwarzen 21 ausgedrückt, an denen jeweils eine Nietöffnung 22 des gestanzten Unwuchtelements 18 angenietet ist. Aufgrund der geringen Materialstärke des Deckelteils 10 ist der Schließkopf 23 der Nietwarze 21 lediglich in den konischen Stanzausbruch der Nietöffnung 22 erstreckt.
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Um die Aufnahme des Unwuchtelements 18 an dem Deckelteil weiter abzusichern, hinterschneidet der radial innere Bereich 20 das Deckelteil 10 axial und stützt damit das Unwuchtelement 18 gegen Fliehkraft des um die Drehachse d drehenden Drehschwingungsdämpfers 1 ab. Hierzu weist das Unwuchtelement 18 eine oder mehrere axial in Richtung Deckelteil 10 gerichtete Krallen 24 auf, die jeweils in den beispielsweise angeprägten, angeformten oder spanend gebildeten axialen Absatz 25 des Deckelteils 10 axial eingreift. Der Absatz 25 kann umlaufend oder segmentweise im Bereich des Umfangs der Krallen 24 vorgesehen sein.
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Die 2 zeigt ein Schnittdetail des Drehschwingungsdämpfers 1 der 1 im Bereich der Federeinrichtung 7 und des Unwuchtelements 18 mit dem radial äußeren Bereich 19 und dem radial inneren Bereich 20. Die Vernietung des Unwuchtelements 18 erfolgt mittels der durch die Nietöffnungen 22 erstreckten und mit dem Schließkopf 23 versehenen Nietwarzen 21 im radial äußeren Bereich 19. Im radial inneren Bereich 20 ist der zwischen der oder den Krallen 24 und dem Absatz 25 gebildete Hinterschnitt vorgesehen. Der Schwerpunkt S des Unwuchtelements 18 ist gegenüber der senkrecht zur Drehachse d aufgespannten Befestigungsebene E in Richtung Deckelteil 10 verlagert. Bei um die Drehachse d (1) drehendem Drehschwingungsdämpfer 1 insbesondere bei hohen Drehzahlen erfährt das Unwuchtelement 18 ein Drehmoment in Richtung des Pfeils 26 um dessen Schwerpunkt S, so dass der radial innere Bereich 20 in Richtung des Deckelteils 10 beschleunigt wird und damit die Kralle(n) 24 zusätzlich gegen den Absatz gedrückt werden und damit das Unwuchtelement 18 zusätzlich an dem Deckelteil 10 stabilisiert wird.
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Zwischen dem Deckelteil 10 und der Massescheibe 17 ist der axiale Spalt B1 eingestellt. Dieser Spalt B1 ist kleiner als die maximale Breite B2 des Unwuchtelements 18 an der beziehungsweise den Krallen 24, so dass im Falle eines Ablösens des Unwuchtelements 18 von der oder den Nietwarze(n) 21 ein Berstschutz eingerichtet ist, indem das Unwuchtelement 18 an dem Spalt B1 festgehalten wird und nicht unkontrolliert mit hoher Geschwindigkeit aus dem Drehschwingungsdämpfer 1 austritt.
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Die 3 zeigt das Unwuchtelement 18 in Ansicht. In der gezeigten Ausführungsform ist das Unwuchtelement 18 über einen Winkel von ca. 50° über den Umfang um die Drehachse d (1) erstreckt und weist im radial äußeren Bereich 19 fünf in Umfangsrichtung beabstandete Nietöffnungen 22 mit konischen Stanzausbrüchen 28, in die der Schließkopf 23 der Nietwarzen 21 erstreckt ist, auf. Der radial innere Bereich 20 enthält drei in axiale Richtung umgelegte und in Umfangsrichtung beabstandete Krallen 24 zur Bildung des Hinterschnitts mit dem Deckelteil 10 (1).
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Die 4 und 5 zeigen jeweils den Drehschwingungsdämpfer 1 der 1 in derselben Darstellung, wobei sich in 4 das Unwuchtelement 18 im Falle einer Fehlfunktion teilweise und in 5 vollständig abgelöst hat. In 4 hat sich der Hinterschnitt der Krallen 24 von dem Absatz 25 gelöst, die Vernietung des Unwuchtelements 18 mittels der Nietwarzen 21 hält das Unwuchtelement 18 noch am Deckelteil 10. Das Unwuchtelement 18 stützt sich mittels seines radial inneren Bereichs 20 an der Massescheibe 17 ab und wird in dieser Position stabilisiert. Bereits in diesem Zustand ist davon auszugehen, dass Klappergeräusche und gegebenenfalls Vibrationen infolge einer geänderten Schwerpunktlage des Unwuchtelements 18 entstehen, so dass gegebenenfalls eine Werkstatt zur Erkundung der Ursache aufgesucht werden kann.
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In 5 ist zusätzlich zu der Lösung des Hinterschnitts des radial inneren Bereichs 20 auch die Nietverbindung an den Nietwarzen 21 zwischen dem Unwuchtelement 18 und dem Deckelteil 10 gelöst. Das hierdurch lose gewordene Unwuchtelement 18 stützt sich aufgrund der axialen Breite B2 der Krallen 24 in dem axialen Spalt B1 ab und wird selbst unter Fliehkrafteinwirkung verliersicher in dem Drehschwingungsdämpfer 1 gehalten. Somit wird die Gefahr eines unkontrollierten Austritts des Unwuchtelements 18 mit hoher kinetischer Energie insbesondere bei hohen Drehzahlen des Drehschwingungsdämpfers 1 vermieden.
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Die 6 zeigt ein Schnittdetail eines gegenüber dem Drehschwingungsdämpfer 1 der 1 im Bereich des Unwuchtelements abgeänderten und ansonsten identischen Drehschwingungsdämpfers 1a. Das Deckelteil 10a weist im Gegensatz zu dem Absatz 25 des Deckelteils 10 des Drehschwingungsdämpfers 1 die Öffnungen 27a auf, in die Krallen 24a des radial inneren Bereichs 20a des Unwuchtelements 18a eingreifen. Hierdurch kann der axial wirksame Bereich des Hinterschnitts vergrößert, das heißt, die Krallen 24a können axial verlängert werden. Hierdurch kann einerseits eine bessere radiale Abstützung des Unwuchtelements 18a gegen Fliehkraft erzielt werden und der Schwerpunkt S des Unwuchtelements 18a weiter in Richtung Deckelteil 10a verlagert sein, so dass das unter Fliehkrafteinfluss an dem Schwerpunkt S wirksame Drehmoment in Richtung des Pfeils 26a vergrößert und die auf die Krallen 24a in Richtung Deckel 10a wirkende Kraft vergrößert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 1a
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Schwungrad
- 3
- Eingangsteil
- 4
- Primärschwungmasse
- 5
- Ausgangsteil
- 6
- Sekundärschwungmasse
- 7
- Federeinrichtung
- 8
- Bogenfeder
- 9
- Scheibenteil
- 10
- Deckelteil
- 10a
- Deckelteil
- 11
- Ringkammer
- 12
- Flanschteil
- 13
- Flanschflügel
- 14
- Vernietung
- 15
- Ausgangsnabe
- 16
- Innenverzahnung
- 17
- Massescheibe
- 18
- Unwuchtelement
- 18a
- Unwuchtelement
- 19
- radial äußerer Bereich
- 20
- radial innerer Bereich
- 20a
- radial innerer Bereich
- 21
- Nietwarze
- 22
- Nietöffnung
- 23
- Schließkopf
- 24
- Kralle
- 24a
- Kralle
- 25
- Absatz
- 26
- Pfeil
- 26a
- Pfeil
- 27a
- Öffnung
- 28
- Stanzausbruch
- B1
- Spalt
- B2
- Breite
- d
- Drehachse
- E
- Befestigungsebene
- S
- Schwerpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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