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Die Anmeldung betrifft ein Fliehkraftpendel für einen Drehschwingungsdämpfer eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs, das zur drehzahlabhängigen Drehschwingungsdämpfung eingesetzt und einem rotierenden Trägerflansch zugeordnet ist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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In derartigen Kraftfahrzeugen wird bauartbedingt bzw. durch die Funktionsweise der Brennkraftmaschine von der Kurbelwelle ein nicht kontinuierliches Drehmoment auf den Antriebsstrang übertragen. Dadurch treten Drehschwingungen auf, zu deren Dämpfung insbesondere als Zweimassenschwungräder aufgebaute Drehschwingungsdämpfer eingesetzt werden, denen ein Fliehkraftpendel zugeordnet ist. Mit dem Fliehkraftpendel wird die Schwingungsenergie bzw. die Schwingungsamplitude gedämpft oder getilgt, indem Pendelmassen des Fliehkraftpendels gegenläufig zu den zu tilgenden Schwingungen schwingen.
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Die
DE 10 2006 028 556 A1 zeigt ein Fliehkraftpendel zur drehzahlabhängigen Schwingungsdämpfung, welches mehrere Pendelmassen und mindestens einen zentralen in Form einer Kreisringscheibe gestalteten Trägerflansch umfasst. An den Flanken des Trägerflansches ist jeweils eine Pendelmasse über Laufrollen beweglich geführt. Dazu sind die Laufrollen in gegenläufig zueinander verlaufenden Kulissen oder Führungen im Trägerflansch und in den Pendelmassen eingesetzt. Die beidseitig von dem Trägerflansch angeordneten Pendelmassen sind durch Bolzen verbunden, die spielbehaftet in dem Trägerflansch geführt sind. Als Maßnahme, um einen Aufprall bei Erreichen der Endposition der Pendelmassen zu dämpfen, sind die Bolzen mit Kunststoff ummantelt.
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Aus der
DE 10 2014 110 233 A1 ist ein Fliehkraftpendel mit mehrteilig aufgebauten Pendelmassenpaketen bekannt. Die in Umfangsrichtung beabstandet angeordneten Pendelmassenpakete bestehen jeweils aus beidseitig an dem Trägerflansch beweglich positionierten Pendelmassen. Dabei sind die Pendelmassen über ein spielbehaftet in eine Ausschnittkontur des Trägerflansches eingreifendes Koppelelement zusammengefügt. Eine Führung des Pendelmassenpaketes erfolgt mit Hilfe von Laufrollen, die in gegenläufig zueinander verlaufenden Kulissen bzw. Führungen der Pendelmassen und des Trägerflansches eingebracht sind. Die
DE 10 2019 118 888 A1 offenbart ein Fliehkraftpendel mit mehreren beidseitig von dem Trägerflansch angeordneten Pendelmassen, wobei jeweils zwei über ein Koppelelement miteinander verbundene Pendelmassen ein U-förmiges Pendelmassenpaket bilden.
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Bei bekannten Fliehkraftpendeln kann es bei niedrigen Drehzahlen, insbesondere während der Betriebsphasen Start und Stopp, zu unerwünschten Geräuschemissionen kommen, sobald die auf die Pendelmassen wirksame Fliehkraft die Gewichtskraft unterschreitet. Damit verbunden stellt sich eine unkontrollierte Bewegung bzw. ein chaotisches Anschlagen der Pendelmassen an dem Trägerflansch und/oder der auch Wälzkörper genannten Laufrollen an den Enden der Führungsbahnen ein, verbunden mit einer unerwünschten Geräuschentwicklung. Durch das Anschlagen geht die Schwingungsisolierung des Fliehkraftpendels verloren, wobei sich gleichzeitig ein erhöhter Verschleiß einstellt, der die Lebensdauer des Fliehkraftpendels verringert.
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Um die zuvor genannten Störungen zu vermeiden, sind aus der
DE 10 2014 210 489 A1 und der
DE 10 2011 103 471 A1 Fliehkraftpendel bekannt, die in Umfangsrichtung wirksame elastische Anschläge für die Pendelmassen vorsehen. Weiterhin offenbart die
DE 10 2019 124 276 A1 ein Fliehkraftpendel, das zur Aufpralldämpfung der Pendelmassen gummielastische Dämpfungselemente einschließt, über die ein Aufprall der Pendelmasse vor Erreichen einer Endpositionen in der zughörigen Pendelbahn gedämpft wird.
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Die Aufgabe besteht darin, ein funktional verbessertes, geräuschoptimiertes Fliehkraftpendel bereitzustellen, wobei die vorgesehenen Maßnahmen bauraumneutral sowie fertigungstechnisch einfach und für eine Serienkonstruktion kostengünstig realisierbar sind.
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Diese Aufgabenstellung wird durch ein mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 aufgebautes Fliehkraftpendel gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, ein Dämpfungselement einzusetzen, das im Bereich einer auch Einhängung genannten Fixierung zur Darstellung einer größeren Dämpfungsfläche und eines flachen Kraftanstiegs eine weiche Funktionszone einschließt.
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Bei einer Anwendung auf ein Fliehkraftpendel mit einem Pendelmassenpaket kann durch die mittlere Einhängung des auch Dämpfungsschiene genannten Dämpfungselementes eine weiche erste Stufe realisiert werden. Durch die sich dabei einstellende größere Dämpfungsfläche im Bereich der mittigen Funktionszone ergibt sich ein gewünschter flacher Kraftanstieg, zur Realisierung einer geräuschoptimierten Dämpfcharakteristik, die sich durch eine vorteilhafte weiche Kennlinie auszeichnet.
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In den Betriebszuständen Start/Stopp der Brennkraftmaschine sind Fliehkraftpendel großen Anregungen ausgesetzt, wobei die Pendelmassen voll ausgelenkt und ihre Pendelbewegungen durch eine Schwingwinkelabschaltung bildende Anschläge begrenzt werden. Abhängig von der Intensität des Energieeintrages verursachen diese Anschläge störende Geräusche. Weiter kommt es zu einer Geräuschentwicklung, wenn Pendelmassenpakete bei einem Stopp der Brennkraftmaschine aufgrund fehlender Fliehkraft durch die Schwerkraft auf den Trägerflansch fallen. Die bei bekannten Fliehkraftpendeln üblicherweise eingesetzten Gummidämpfer bzw. Dämpfungselemente besitzen eine begrenzte Energieaufnahme, was nachteilig zu einem relativ hohen Verschleiß führt.
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Mit einem beschriebenen Fliehkraftpendel stellt sich bei großen Schwingwinkeln des Pendelmassenpaketes eine zweistufige Abschaltung des Fliehkraftpendels ein. Zunächst wird Energie durch eine begrenzte bzw. definierte elastische Verformung der weichen ersten mittig positionierten Funktionszone des Dämpfungselementes abgebaut, bevor eine Anschlagnase des Dämpfungselementes einen Endanschlag erreicht. Durch die größere, weiche Dämpfungsfläche im Bereich der Funktionszone stellt sich ein früherer Kontakt und damit ein gewünschter, verlängerter Dämpfungsweg zwischen dem Pendelmassenpaket bzw. dessen Koppelelement zugeordneten Dämpfungselement und dem Trägerflansch ein. Durch diese Maßnahme ergibt sich ein optimierter Angriffspunkt im Betriebszustand, der unmittelbar die Anschlagsgeräusche und folglich das Akustikverhalten des Fliehkraftpendels positiv beeinflusst.
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Gegenüber bekannten, bisherigen Lösungen zur Akustikoptimierung des Fliehkraftpendels verlangt das beschriebene Konzept weder eine Bearbeitung des Dämpfungselementes noch eine Kalibrierung und/oder Verifikation am Prüfstand. Weiterhin ermöglicht die Anwendung des Dämpfungselementes keine Festigkeitsaussage bzw. Bestimmung einer Torsionskennlinie im Anschlag. Außerdem stellt sich ein Kostenvorteil ein, da die Schmierung bzw. Fettfüllung des Fliehkraftpendels gegenüber bisherigen Lösungen reduziert werden kann.
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Durch die beschriebene Lösung wird mittels einer verbesserten Anschlagdämpferkennlinie ein geräuschoptimiertes Fliehkraftpendel bereitgestellt. Vorteilhaft kann mit dem kostengünstig realisierbaren, dauerfesten Konzept die Lebensdauer des Dämpfungselementes und folglich die des Fliehkraftpendels positiv beeinflusst werden. Außerdem sind die vorgesehenen Maßnahmen bauraumneutral sowie fertigungstechnisch einfach und für eine Serienkonstruktion kostengünstig realisierbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Dämpfungselement axial vorgespannt eingesetzt, wobei eine mittige, elastisch ausgelegte Einhängung bzw. Fixierung im Bereich der mittigen Funktionszone eine begrenzte Verstellung des Dämpfungselementes ermöglicht. Aufgrund der konkav gestalteten Innenkontur des Koppelelementes und der vorgespannten Einbaulage des Dämpfungselementes stellt sich zwischen dem Koppelelement und dem Dämpfungselement ein Radialabstand ein. Damit kontaktiert die Funktionszone bei großen Schwingwinkeln des Pendelmassenpaketes den Trägerflansch früher, verbunden mit einer weichen ersten Stufe und einem geringen Kraftanstieg. Eine bevorzugte konstruktive Auslegung des Dämpfungselementes sieht vor, dass dessen mittige, weich gestaltete Funktionszone sich über eine Länge erstreckt, die gleich oder größer 20% von der Längserstreckung des Dämpfungselementes entspricht.
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Zur effektiven, auch Einhängung genannten Fixierung des Dämpfungselementes sind bevorzugt drei zueinander versetzte, als elastische Schnapp- bzw. Clipverbindungen ausgeführte Befestigungspunkte vorgesehen. Dazu verrasten pilzartig geformte Befestigungsnoppen des Dämpfungselements in der Art wie Puzzleteile form- und kraftschlüssig in einem Hinterschnitt aufweisende Aufnahmen des Koppelelementes. Über die an beiden Enden positionierten Befestigungsnoppen ist das Dämpfungselement in axialer und radialer Richtung auch bei angreifenden Fliehkräften verliergesichert gehalten. Die weitere Mittenfixierung gestattet dem Dämpfungselement einen gewissen Freiheitsgrad in radialer Richtung, zur Darstellung einer weichen mittigen Funktionszone.
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Als Maßnahme zur Realisierung einer sich in radialer Richtung begrenzt hervorhebenden elastischen mittigen Funktionszone ist der Befestigungspunkt beispielsweise als Hohlkörper gestaltet. Bevorzugt ist dazu der pilzartig geformte Befestigungsnoppen mit einer in Richtung des Koppelelementes offenen Sacklochbohrung versehen. Alternativ oder ergänzend dazu bietet es sich an, den Befestigungsnoppen zu „unterfüttern“, indem dieser beispielsweise auf einer in der Aufnahme des Koppelelementes eingelegten elastischen Scheibe abgestützt ist. Weiterhin kann bei Bedarf das Dämpfungselement einen zylindrischen, ohne Hinterschnitt, ausgeführten mittigen Befestigungsnoppen einschließen, um eine radiale Verschiebung der weichen Funktionszone zu vereinfachen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Dämpfungselement zumindest im Bereich der mittigen Funktionszone trägerflanschseitig quer zur Längserstreckung verlaufende, auch Nuten oder Einschnitte genannte Vertiefungen. Damit kann eine gezielt weiche erste Stufe des Dämpfungselementes zur Darstellung eines flachen Kraftanstiegs hergestellt werden. Die eine Mindesttiefe von 1,5 mm aufweisenden Vertiefungen können in unterschiedlichen Formen in das Dämpfungselement eingebracht werden. Beispielsweise bietet es sich an, trapez- oder sägezahnförmige Vertiefungen symmetrisch und/oder asymmetrisch anzuordnen. Außerdem kann das Dämpfungselement eine „Krokodilgummi“ genannte Außenprofilierung aufweisen, welche sich beispielsweise über die gesamte Länge erstreckt oder sich auf die Funktionszone beschränkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform schließt das Dämpfungselement Vertiefungen ein, deren Breite und/oder Tiefe sich ausgehend von der mittigen Funktionszone zu den beiden Enden stetig verändert, insbesondere verringert.
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Als Werkstoff für die elastische, stofflich einteilig ausgeführte Dämpfungsschiene ist ein verschleißfester, reibungsarmer Kunststoff vorgesehen, der weiterhin eine hohe Dämpfungskapazität bzw. ein hohes Energieabsorptionsvermögen aufweist und sich durch eine hohe Verformungshysterese auszeichnet. Bevorzugt eignet sich dazu Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR 90; HNBR 75). Alternativ dazu kann eine aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Polyurethan oder aus einem thermoplastischen Elastomer hergestellte Dämpfungsschiene eingesetzt werden.
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Eine bevorzugte konstruktive Auslegung sieht für das Dämpfungselement eine Materialstärke von ≤ 5,5 mm vor. Für Dämpfungselemente mit einer geringeren Materialstärke, beispielsweise 4 mm, eignet sich ein härterer Kunststoff wie HNBR 90. Dagegen wird ein weicher Kunststoff, wie beispielsweise HNBR 75 für Dämpfungselemente mit größerer Materialstärke eingesetzt. Zur Erzielung eines flachen Kraftanstiegs kann das Dämpfungselement im Bereich der mittigen Funktionsfläche eine abweichende Materialstärke aufweisen.
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Das beschriebene Konzept ist insbesondere für Fliehkraftpendel vorgesehen, deren Pendelmassen zu einem im U-Design angeordneten Pendelmassenpaket zusammengefügt sind. Vorteilhaft ist das Dämpfungselement auch auf Fliehkraftpendel mit einer davon abweichenden Pendelmassenanordnung übertragbar, beispielsweise auf Fliehkraftpendel mit innenliegenden oder außenliegenden Pendelmassen.
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Das Fliehkraftpendel, das als Anschlagdämpfung für das Pendelmassenpaket ein bautraumneutrales Dämpfungselement einschließt, ist vorteilhaft in allen Bauformen von Fliehkraftpendeln einsetzbar.
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Nachfolgend wird der angemeldete Gegenstand anhand von drei Ausführungsformen in vier Figuren näher beschrieben. Die Anmeldung ist jedoch nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Es zeigt:
- 1: einen Ausschnitt eines Fliehkraftpendels, mit einer ersten Ausführungsform des Dämpfungselementes;
- 2: einen Ausschnitt eines Fliehkraftpendels, mit einer zweiten Ausführungsform des Dämpfungselementes;
- 3: einen Ausschnitt eines Fliehkraftpendels, mit einer dritten Ausführungsform des Dämpfungselementes; und
- 4: in einem Liniendiagramm gegenübergestellte unterschiedliche Anschlagkennlinien von Fliehkraftpendeln.
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Die 1 zeigt in einer Teilansicht den Grundaufbau von einem drehbaren Fliehkraftpendel 1, das einem Drehschwingungsdämpfer (nicht gezeigt), auch Zweimassenschwungrad genannt, von einem Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Das Fliehkraftpendel 1 umfasst einen um eine Drehachse (nicht gezeigt) rotierenden, einer Welle des Antriebsstrangs zugeordneten Trägerflansch 2, der zur Aufnahme von mehreren in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Pendelmassenpaketen 3 bestimmt ist. Jedes Pendelmassenpaket 3 umfasst zwei beidseitig von dem Trägerflansch 2 positionierte, gleich dimensionierte Pendelmassen 4, 5, die durch ein Koppelelement 6 verbunden sind, welches spielbehaftet in einer Ausschnittkontur 7 des Trägerflansches 2 eingesetzt ist, um eine Schwingung bzw. Stellbewegung des Pendelmassenpaketes 3 zu ermöglichen. Zur Verdeutlichung des Aufbaus und der Anordnung ist das Pendelmassenpaket 3 ohne die vordere Pendelmasse 5 abgebildet. Beide Pendelmassen 4, 5 zusammen mit dem Koppelelement 6 sind mittels Nieten 8 zu einer Baueinheit zusammengefügt. In 1 ist das unter Fliehkraft stehende Pendelmassenpaket 3 in einer Mittenposition abgebildet, bei der sich ein Schwingwinkel von 0° gegenüber dem Trägerflansch 2 einstellt.
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Das Fliehkraftpendel 1 üblichen Aufbaus und bekannter Wirkungsweise ermöglicht im Betriebszustand bei einer auftretenden Drehungleichförmigkeit eine Relativbewegung des Pendelmassenpaketes 3 gegenüber dem Trägerflansch 2. Dazu sind die Pendelmassenpakete 3 über zwei beabstandete, auch Wälzkörper genannte Laufrollen 23 beweglich geführt, die jeweils an zueinander gegenläufig verlaufenden Führungsbahnen 9, 10 des Koppelelementes 6 und des Trägerflansches 2 geführt sind. Dem Koppelelement 6 ist radial innenseitig ein aus einem elastischen Kunststoff hergestelltes Dämpfungselement 11 zugeordnet.
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Zur Fixierung des Dämpfungselementes 11 sind zwei zueinander versetzte, als elastische Schnapp- bzw. Clipverbindungen ausgeführte, auch Einhängung genannte Befestigungspunkte vorgesehen. Dazu verrasten pilzartig geformte, auch Haltenoppen genannte Befestigungsnoppen 12 des Dämpfungselements 11 form- und kraftschlüssig in einen Hinterschnitt 13 aufweisende Aufnahmen 14 des Koppelelementes 6. Über die an beiden Enden positionierten Befestigungsnoppen 12 ist das Dämpfungselement 11 in axialer und radialer Richtung verliergesichert gehalten. Eine weitere Teilfixierung erfolgt über einen mittig im Bereich einer Funktionszone 15 positionierten Befestigungsnoppen 16, dessen Aufbau und Anordnung eine begrenzte radiale Verstellung des Dämpfungselements 11 in Richtung des Trägerflansches 2 sicherstellt. Dazu ist in dem Befestigungsnoppen 16 eine Sacklochbohrung 17 eingebracht. Durch das axial vorgespannt eingebaute Dämpfungselement 11, den begrenzt radial verschiebbaren Befestigungsnoppen 16 sowie die konkav gestaltete Innenkontur des Koppelelementes 6 bildet sich zwischen diesen Bauteilen ein Radialabstand 18, durch den sich die Funktionszone 15 bis nahe an den Trägerflansch 2 verschiebt, zur Bildung einer weichen ersten Dämpferstufe. Eine Endabschaltung bzw. Schwingungsbegrenzung des Fliehkraftpendels 1 erfolgt, sobald eine der endseitigen Anschlagnasen 19 des Dämpfungselementes 11 eine Kontaktzone 20 der Ausschnittkontur 7 des Trägerflansches 2 erreicht.
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Die 2 und 3 veranschaulichen alternative Ausführungsformen des an dem Koppelelement 6 des Pendelmassenpaketes 3 fixierten Dämpfungselementes 11. Die nachfolgenden Beschreibungen, in denen für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet sind, beschränken sich weitestgehend auf unterschiedliche Ausgestaltungen.
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Gemäß 2 ist das Dämpfungselement 11 des Pendelmassenpaketes 3 mit einem Befestigungsnoppen 16 gezeigt, der ergänzend zu 1 innerhalb der Aufnahme 14 an einer Scheibe 21 abgestützt ist. Mit dieser Maßnahme kann ein vergrößerter Radialabstand 18 zwischen dem Koppelelement 6 und dem Dämpfungselement 11 erreicht werden. Durch unterschiedliche Materialstärken der Scheibe 21 kann der Radialabstand 18 eingestellt und damit der Kraftanstieg unmittelbar beeinflusst werden.
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Die 3 zeigt das Dämpfungselement 11 mit trägerflanschseitig quer zur Längserstreckung in die Außenkontur eingebrachten, auch Einschnitte genannten Vertiefungen 22. Mit dieser Ausgestaltung kann eine gezielt weiche erste Stufe des Dämpfungselementes 11 zur Darstellung eines flachen Kraftanstiegs realisiert werden. Die eine Mindesttiefe von 1,5 mm aufweisenden Vertiefungen 22 können in unterschiedlichen Formen in das Dämpfungselement 11 eingebracht werden.
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In 4 sind drei Anschlagskennlinien von Fliehkraftpendeln 1 gezeigt, die durch unterschiedlich konzipierte Dämpfungselemente 11 und/oder Funktionszonen 15 darstellbar sind. In dem Liniendiagramm zeigt die Ordinatenachse die Energie Nm und die Abszissenachse, den Schwingwinkel bzw. Zentralwinkel °, der sich im Betriebszustand zwischen dem Pendelmassenpaket 3 und dem Trägerflansch 2 einstellt. Die Kurve A entspricht einem herkömmlichen, relativ hart aufgebauten Dämpfungselement 11. Die mit einem weichen Dämpfungselement 11 darstellbare Kurve B verdeutlicht eine größere Energieaufnahme aufgrund einer weichen, einen früheren Eingriff ermöglichenden Funktionszone 15. Diese ist beispielsweise erreichbar, indem der mittlere Befestigungsnoppen 16 des Dämpfungselementes 11 an einer in der Aufnahme 14 eingesetzten elastischen Scheibe 21 abgestützt ist. Die weitere Kurve C zeigt einen noch früheren Eingriff und somit eine weiter gesteigerte Energieaufnahme. Diese ist beispielsweise mittels eines außen profilierten, Vertiefungen 22 einschließenden Dämpfungselementes 11 in Kombination mit einem elastisch abgestützten Befestigungsnoppen 16 erzielbar, zur Bereitstellung eines akustikoptimierten Fliehkraftpendels 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fliehkraftpendel
- 2
- Trägerflansch
- 3
- Pendelmassenpaket
- 4
- Pendelmasse
- 5
- Pendelmasse
- 6
- Koppelelement
- 7
- Ausschnittkontur
- 8
- Niet
- 9
- Führungsbahn
- 10
- Führungsbahn
- 11
- Dämpfungselement
- 12
- Befestigungsnoppen
- 13
- Befestigungsnoppen
- 14
- Aufnahme
- 15
- Funktionszone
- 16
- Befestigungsnoppen
- 17
- Sacklochbohrung
- 18
- Radialabstand
- 19
- Anschlagnase
- 20
- Kontaktzone
- 21
- Scheibe
- 22
- Vertiefung
- 23
- Laufrolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028556 A1 [0003]
- DE 102014110233 A1 [0004]
- DE 102019118888 A1 [0004]
- DE 102014210489 A1 [0006]
- DE 102011103471 A1 [0006]
- DE 102019124276 A1 [0006]
