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Die
Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
der
DE 196 20 698
A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einem antriebsseitigen Dämpferelement
bekannt, das einen einem Antrieb, wie beispielsweise der Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine, zugewandten Radialflansch aufweist. Dieser
Radialflansch ist über
Befestigungsmittel in Form von Schrauben an einem Kurbelwellenflansch
befestigt und dient zur koaxialen Führung eines abtriebsseitigen
Dämpferelementes,
das gegenüber
dem antriebsseitigen Dämpferelement
relativ drehbar angeordnet und mit dem besagten Dämpferelement über eine
Dämpfungseinrichtung
mit in Umfangsrichtung wirksamen elastischen Elementen verbunden
ist.
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Kurbelwellen
an Brennkraftmaschinen sind im Betrieb Biegeschwingungen unterworfen,
die zu Taumelbewegungen des antriebsseitigen Dämpferelementes und hierbei
natürlich
auch des Radialflansches führen.
Im Hinblick auf diese Taumelbewegungen macht sich die hohe Trägheit des
antriebsseitigen Dämpferelementes,
die durch Zusatzmassen sowie einen Zahnkranz erheblich beeinflußt ist,
negativ bemerkbar, indem dieses Dämpferelement mit seinen Taumelbewegungen
den am Kurbelwellenflansch anliegenden Bewegungen nacheilt und dadurch
im radial äußeren Bereich
des Kurbelwellenflansches hohe axiale Kräfte entstehen läßt, die
trotz ebenfalls hoher Vorspannung, mit welcher der Radialflansch
am Kurbelwellenflansch befestigt ist, zu hochfrequenten axialen
Mikrobewegungen zwischen den besagten Bauteilen führen, aber
auch zwischen dem Radialflansch und einem benachbarten Distanzhalter,
der durch die Befestigungsmittel in Anlage am Radialflansch gehalten
ist und diesen in vorbestimmtem Abstand zum antriebsseitigen Dämpferelement hält. Diese
Mikrobewegungen haben eine lokale Erwärmung des Radialflansches des
antriebsseitigen Dämpferelementes
zur Folge, wobei diese Erwärmung
im wesentlichen auf den radial äußeren Bereich
der Befestigungsfläche
des Radialflansches am Kurbelwellenflansch einerseits und am Distanzhalter andererseits
beschränkt
ist. Diese Erwärmung
führt zum
einen dazu, daß eine
mikroskopische Verschweißung
der einander zugewandten Befestigungsflächen dieser Bauteile und damit
eine Materialschädigung
stattfindet und zum anderen adhäsiver Verschleiß durch
Herausreißen
von Oberflächenpartikeln
begünstigt
ist. Diese Partikel oxidieren und bilden damit den sogenannten Reibrost.
Durch das Herausreißen
dieser Partikel sind die verbliebenen Befestigungsflächen der
Bauteile beschädigt,
woraufhin sich Mikrorisse auszubilden beginnen. Dies kann zu einem
späteren
Zeitpunkt zum Bruch insbesondere des Radialflansches führen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindung eines antriebsseitigen
Dämpferelementes
eines Torsionsschwingungsdämpfers
mit zumindest einem benachbarten Bauteil so auszubilden, daß axiale,
hochfrequente Mikrobewegungen zwischen den Befestigungsflächen nicht
zu Schäden führen können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Durch
Ausbildung eines Radialflansches eines antriebsseitigen Dämpferelementes
des Torsionsschwingungsdämpfers
mit wenigstens einer spannungsmindernden Materialumformung wird
erreicht, daß an
hochbelasteten Verbindungsstellen des Radialflansches mit einem
Kurbelwellenflansch des Antriebs oder mit einem ebenfalls am Radial flansch
befestigten Bauteil, wie einem Distanzhalter zwischen dem Radialflansch
und dem abtriebsseitigen Dämpferelement,
zusätzliche
Elastizität
eingebracht wird, wodurch partiell auftretende Spannungsspitzen
so weit als möglich
abgebaut werden können. Die
Materialumformung ist demnach jeweils Teil einer Schutzeinrichtung
gegen durch Mikrobewegungen bedingte Schäden bevorzugt am Radialflansch
des antriebsseitigen Dämpferelementes,
aber auch am Kurbelwellenflansch des Antriebs oder an anderen benachbarten
Bauteilen. Diese Materialumformung kann im Erstreckungsbereich je
eines zur Befestigung des antriebsseitigen Dämpferelementes am Kurbelwellenflansch
dienenden Befestigungsmittels ausgebildet sein, aber auch außerhalb
dieses Erstreckungsbereichs.
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Für die Ausbildung
einer spannungsmindernden Materialumformung im Ausdehnungsbereich
eines Befestigungsmittels oder dicht benachbart zu diesem spricht
folgendes:
Die Relativbewegungen des Radialflansches gegenüber dem
Kurbelwellenflansch einerseits und beispielsweise einem Distanzhalter
andererseits erfolgen im wesentlichen in Form von Kipp- und Biegebewegungen.
Diese sind in den radial äußeren Bereichen
der Befestigungsflächen
von Kurbelwellenflansch, Radialflansch und Distanzhalter am stärksten wirksam
und nehmen hinsichtlich der Flächenpressung
Spitzenwerte am Rande des Druckkegelbereiches jedes Befestigungsmittels
an, das zur Verbindung des antriebsseitigen Dämpferelementes mit der Kurbelwelle
vorgesehen ist. Folglich ist im Erstreckungsbereich jedes solchen
Befestigungsmittels die eingangs erwähnte Reibrostbildung und Anrißgefahr am
größten. Gleichzeitig
ist wegen des Steifigkeitssprungs beim Verlassen des radialen Erstreckungsbereichs
des Kurbelwellenflansches sowie des Distanzhalters die Biege- und
Druckspannung im unmittelbar radial außerhalb dieses Bereichs liegenden Teil
des Radialflansches sehr hoch. Zur Erzielung einer insgesamt gleichmäßigeren
Flächenpressung werden
die jeweiligen Bereiche der maximalen Flächenpressung am Radialflansch
des antriebsseitigen Dämpferelementes
umformtechnisch so gestaltet, daß an der dem Kurbelwellenflansch
und/oder an der dem Distanzhalter zugewandten Befestigungsfläche des
Radialflansches zumindest im Erstreckungsbereich des jeweiligen
Befestigungsmittels eine Flächenunterbrechung
vorhanden ist. Diese kann dadurch erzeugt werden, daß jeweils
im Erstreckungsbereich eines Befestigungsmittels ein gegenüber der Befestigungsfläche des
Radialflansches zurückversetzter
Flächenanteil
ausgebildet ist. Hierbei genügt eine
Zurückversetzung
dieses Flächenanteils
um Spaltbreite, bei spielsweise in der Größenordnung von wenigen 100stel
mm Abstand. Die Folge davon ist, daß bei am Kurbelwellenflansch
montiertem antriebsseitigen Dämpferelement
der Radialflansch im Bereich seiner jeweiligen Flächenunterbrechung
den Kurbelwellenflansch und/oder den Distanzhalter in unbelastetem
Zustand nicht berühren
kann. Erst bei eintretender Biegebelastung kann es zu einem Kontakt
kommen. Die Folge davon ist, daß die
bisher weniger belasteten Flächenbereiche
jetzt zuerst und damit höher
belastet werden, während
die Belastung der bisher besonders hoch belasteten Flächenbereiche
reduziert ist.
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Eine
besonders hohe Flächenpressung
liegt, wie bereits angedeutet, am radial äußeren Rand von Kurbelwellenflansch
und/oder Distanzhalter an, da radial außerhalb dieses Randes keine
zusätzliche axiale
Abstützung
für den
Radialflansch vorhanden ist. Um diesen Steifigkeitssprung zu reduzieren,
wird der Radialflansch des antriebsseitigen Dämpferelementes mit wenigstens
einer Querschnittsschwächung
ausgebildet, die vorzugsweise konzentrisch ausgebildet ist. Bei
Ausbildung einer Mehrzahl solcher Querschnittsschwächungen
mit Radialversatz zueinander nimmt deren Größe mit zunehmendem Radialabstand
zur Mittenachse des Radialflansches zu, wodurch der Radialflansch
zunehmend verformungsfreudiger wird. Dadurch bedingt, erfolgt bei
einer Taumelbewegung des antriebsseitigen Dämpferelementes eine relativ
gleichmäßige Verformung
des Radialflansches über
dessen gesamte radiale Erstreckung, so daß sich innerhalb des Radialflansches überall ein
annähernd
konstantes Spannungsniveau eisteilt.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel anhand
einer Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
radial hälftige
Schnittdarstellung eines Torsionsschwingungsdämpfers mit einem antriebsseitigen
Dämpferelement,
das zur Aufnahme eines abtriebsseitigen Dämpferelementes dient und über Befestigungsmittel
an einem Antrieb befestigt ist;
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2 eine
vergrößerte Herauszeichnung des
radialen Bereichs eines Radialflansches des antriebsseitigen Dämpferelementes
um ein Befestigungsmittel mit einer Flächenunterbrechung am Radialflansch
an der Seite des Antriebs;
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3 wie 2,
aber mit Herauszeichnung des Radialflansches nach radial weiter
außen
mit Querschnittsschwächungen
an der Seite zum Antrieb;
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4 wie 2,
aber mit einer zusätzlichen Flächenunterbrechung
am Radialflansch an der Seite des abtriebsseitigen Dämpferelementes;
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5 wie 3,
aber mit weiteren Querschnittsschwächungen an der Seite des abtriebsseitigen
Dämpferelementes.
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1 zeigt
einen Torsionsschwingungsdämpfer
mit einem Antrieb 1 in Form einer Kurbelwelle 3 einer
Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwelle 3 um eine Mittenachse 47 drehbar
ist. An der Kurbelwelle 3 ist ein Kurbelwellenflansch 5 ausgebildet,
an welchem über
Befestigungsmittel 6 in Form von Schrauben ein Radialflansch 7 befestigt
ist, der im Umfangsbereich in eine Umfangswand 9 übergeht und
eine Zusatzmasse 11 sowie einen Zahnkranz 13 trägt, wobei
der letztgenannte zum Eingriff mit einem in üblicher Weise ausgebildeten
und daher nicht gezeigten Starterritzel dient. An der Umfangswand 9 ist eine
nach radial innen geführte
Dichtwand 15 vorgesehen, an deren radial innerem Ende eine
Axialfeder 17 zur Anlage kommt, die sich anderenends an
einer Nabenscheibe 31 abstützt und als Abdichtung 19 für eine Kammer 21 wirksam
ist, die axial durch den Radialflansch 7 und die Dichtwand 15 begrenzt
und zumindest teilweise mit viskosem Medium befüllt ist. Die Kammer 21 dient
zur Aufnahme einer Dämpfungseinrichtung 23 mit
sich in Umfangsrichtung erstreckenden elastischen Elementen 24,
die sich nach radial außen
an Gleitelementen 25 abstützen, die an der radialen Innenseite
der Umfangswand 9 geführt sind.
Sowohl am Radialflansch 7 als auch an der Dichtwand 15 sind,
jeweils an deren der Kammer 21 zugewandten Seiten, antriebsseitige
Ansteuerelemente 27 für
die elastischen Elemente 24 vorgesehen, wobei die letztgenannten
sich mit ihren in Umfangsrichtung entgegengesetzten Enden an einem abtriebsseitigen
Ansteuerelement 29 abstützen,
das in Form von nach radial außen
greifenden Fingern an der Nabenscheibe 31 vorgesehen ist.
Die Nabenscheibe 31 ist weiterhin mit einer Innenverzahnung ausgebildet
und daher als Hohlrad 33 eines Planetengetriebes 35 wirksam,
wobei dieses Hohlrad 33 mit zumindest einem Planetenrad 37 in
Eingriff steht, das an einem Lagerelement 39 des Radialflansches 7 aufgenommen
ist Der Radialflansch 7 ist somit als Planetenträger 41 wirksam.
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Zurückkommend
auf die Nabenscheibe 31, ist diese über einen Distanzhalter 43,
der über
die Befestigungsmittel 6 in Anlage am Radialflansch 7 gehalten
wird, sowie eine vom Distanzhalter 43 beaufschlagte Axiallagerung 45 in
vorbestimmtem axialen Abstand zum Radialflansch 7 gehalten.
Für die Zentrierung
der Nabenscheibe 31 gegenüber dem Radialflansch 7 ist
an dem letztgenannten eine Primärnabe 51 ausgebildet,
die sich in Richtung zur Nabenscheibe 31 erstreckt und
eine Lagerung 53 in Form eines radialen Gleitlagers 55 umschließt. Die Lagerung 53 umgreift
weiterhin eine an der Nabenscheibe 31 ausgebildete Sekundärnabe 57,
die sich in Richtung zur Kurbelwelle 3 erstreckt.
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Die
Nabenscheibe 31 nimmt im radial mittleren Bereich eine
Schwungmasse 59 auf, die mittels Nieten 61 an
der Nabenscheibe 31 befestigt ist. Radial außerhalb
dieses Bereichs ist die Schwungmasse 59 an ihrer von der
Nabenscheibe 31 abgewandten Seite mit einer Reibfläche 85 versehen,
die zur Anlage eines Reibbelages 81 einer Kupplungsscheibe 75 dient,
die außerdem über einen
zweiten Reibbelag 83 mit einer Anpreßplatte 73 in Wirkverbindung bringbar
ist, wobei diese Anpreßplatte
gegenüber
einem mittels einer Verschraubung 63 an der Schwungmasse 59 befestigten
Kupplungsgehäuse 65 verdrehfest,
aber axial bewegbar aufgenommen ist. Auf die Anpreßplatte 73 wirkt
eine Membranfeder 69 ein, die mittels Federaufnahmen 67 am
Kupplungsgehäuse 65 aufgenommen
ist und nach radial innen greifende Federzungen 71 aufweist,
die mit einem in üblicher
Weise ausgebildeten und daher nicht gezeigten Ausrücker zum
Schalten der zuvor beschriebenen Reibungskupplung dient.
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Sobald
durch die Membranfeder 69 eine reibschlüssige Verbindung zwischen der
Schwungmasse 59, der Kupplungsscheibe 75 und der
Anpreßplatte 73 über die
Reibbeläge 81, 83 hergestellt
ist, folgt die Kupplungsscheibe 75 den Bewegungen der Schwungmasse 59 und überträgt diese
Bewegungen über
eine Nabe 77 auf eine Getriebeeingangswelle 79,
die über
eine Verzahnung 80 mit der Nabe 77 in drehfester
Verbindung steht. Andererseits ist, bei Beaufschlagung der Membranfeder 69,
die über
die Anpreßplatte 73 übertragene
Anpreßkraft
aufhebbar, so daß an
der Schwungmasse 59 anliegende Bewegungen nicht auf die
Kupplungsscheibe 75 und somit auf die Getriebeeingangswelle 79 übertragen
werden.
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In 2 ist
der Bereich zur Verbindung des Radialflansches 7 des antriebsseitigen
Dämpferelementes 87 mit
dem Kurbelwellenflansch 5 des Antriebs 1 vergrößert herausgezeichnet,
um eine Schutzeinrichtung 100 gegen durch Mikrobewegungen
bedingte Schäden
axial zwischen dem Kurbelwellenflansch 5 und dem Radialflansch 7 deutlich
darstellen zu können.
Der Radialflansch 7 kommt über eine dem Antrieb 1 zugewandte
Befestigungsfläche 102 an
einer Befestigungsfläche 108 am
Kurbelwellenflansch 5 zur Anlage. Die Befestigungsfläche 102 des Radialflansches 7 weist
hierbei im Erstreckungsbereich jedes Befestigungsmittels 6 sowie
im benachbarten Bereich desselben jeweils eine Flächenunterbrechung 104 auf,
die durch einen um einen Spalt 110 zurückversetzten Flächenanteil 106 gebildet wird.
Diese Flächenunterbrechung 104 kann
beispielsweise umformtechnisch in die Befestigungsfläche 102 eingebracht
sein, und kann sich auf die Tiefe von wenigen 100stel mm beschränken. Hintergrund dieser
Flächenunterbrechung 104 liegt
darin, daß die Biegespannungen
auf den Radialflansch 7 jeweils im radialen Anrenzungsbereich
an je ein Befestigungsmittel 6 am höchsten ist, wobei durch die
Flächenunterbrechung 104 diese
Spannungsüberhöhung vermieden
wird. Statt dessen werden bei angezogenem Befestigungsmittel 6,
das im vorliegenden Fall durch eine Schraube gebildet ist, die Bereiche
der Befestigungsfläche 102 des
Radialflansches 7 radial benachbart der Flächenunterbrechung 104 stärker belastet
und erst beim Auftreten von Taumelbewegungen am antriebsseitigen
Dämpferelement 87 kann der
Spalt 110 aufgebraucht werden, so daß der Kurbelwellenflansch 5 mit
seiner Befestigungsfläche 108 am
zurückversetzten
Flächenanteil 106 der
Flächenunterbrechung 104 zumindest
kurzzeitig in Anlage gelangen kann.
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Die
dann im Angrenzungsbereich des Befestigungsmittels am Radialflansch 7 wirksamen
Spannungen sind allerdings nicht höher als in dem radial benachbarten
Bereich der Befestigungsfläche 102.
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3 zeigt
eine Herauszeichnung des Radialflansches 7 des antriebsseitigen
Dämpferelementes
zur Darstellung der Ausbildung seiner dem Kurbelwellenflansch 5 des
Antriebs 1 zugewandter Vorderseite 120 mit einer
Mehrzahl von jeweils als Materialumformung 112 wirksamen
Querschnittsschwächungen 116,
die mit I bis IV von radial innen nach radial außen zur besseren Erkennbarkeit
numeriert sind. Die einzelnen Querschnittsschwächungen 116 nehmen,
was ihre Breite und Tiefe anbelangt, von radial innen nach radial
außen
zu, so daß die
mit I bezeichnete Querschnittsschwächung 116 die kleinste und
die mit IV bezeichnete die größte ist.
Die Querschnittsschwächungen
verlaufen im wesentlichen konzentrisch um die in dieser Fig. nicht
gezeigte Mittenachse des Radialflansches 7, und bewirken
in dem letztgenannten eine zunehmende Elastizität nach radial außen hin.
Taumelbewegungen am Radialflansch 7, ausgelöst beispielsweise
durch Biegeschwingungen der Kurbelwelle 3, führen demnach
zu einer elastischen Verformung des Radialflansches 7, so
daß der
Verbindungsbereich zwischen Radialflansch 7 und Kurbelwellenflansch 5 nicht
mit großen axialen
Mikrobewegungen beaufschlagt ist, so daß weder die dem Antrieb 1 zugewandte
Befestigungsfläche 102 des
Radialflansches 7 noch die dem antriebsseitigen Dämpferelement 87 zugewandte
Befestigungsfläche 108 am
Kurbelwellenflansch 5 Schädigungen unterworfen ist.
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4 zeigt
den Radialflansch 7 mit einer zweiten Schutzeinrichtung 130,
und zwar an der dem benachbarten Bauteil in Form des Distanzhalters 43 zugewandten
Befestigungsfläche 132 des
Radialflansches 7. Die zweite Schutzeinrichtung 130 wird, im
Erstreckungsbereich je eines Befestigungsmittels 6, mit
einem gegenüber
der Befestigungsfläche 132 zurückversetzten
Flächenanteil 136 ausgebildet,
wobei dieser Flächenanteil 136 als
Flächenunterbrechung 134 wirksam
ist und, gegenüber
der zugeordneten Befestigungsfläche 138 am
Distanzhalter 43, um einen Spalt 140 zurückversetzt
ist. Die Flächenunterbrechung 134 wird
durch eine am Radialflansch 7 vorgenommene Materialumformung 142 gebildet.
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Während die
Flächenunterbrechung 134 im Radialbereich 144 des
Distanzhalters 43 ausgebildet ist, genauer hierbei, wie
zuvor ausgeführt,
im Erstreckungsbereich je eines Befestigungsmittels 6,
sind in der 5 auch an der dem Distanzhalter 43 zugewandten
Seite des Radialflansches 7, teilweise radial außerhalb
des Radialbereichs 144 des letztgenannten, Materialumformungen 142 vorgesehen,
von denen jedes als Querschnittsschwächung 146 des Radialflansches 7 wirksam
ist und damit dessen Elastizität
in Achsrichtung erhöht.
Jede derartige Querschnittsschwächung 146 ist
vorzugsweise als ringförmig
verlaufende Vertiefung 148 ausgebildet, wobei die Erstreckungsgröße jeder
Vertiefung im Querschnitt sowie in deren Eindringtiefe in den Radialflansch
von radial innen nach radial außen
zunimmt, sofern mehrere Vertiefungen 148 radial übereinander vorgesehen
sind. Die einzelnen radialen Vertiefungen 148 sind mit
I–IV gekennzeichnet.
Es ist denkbar, gemäß 5 diese
Querschnittsschwächungen 146 zusammen
mit den Querschnittsschwächungen 116 an
der anderen Seite des Radialflansches 7 auszubilden, jedoch
können
ebenso auch lediglich die Querschnittsschwächungen 146 in demselben
vorgesehen sein. Gleiches gilt für
die zuvor beschriebene 4, bei welcher zwei Schutzeinrichtungen 100 und 130 am
Radialflansch 7 dargestellt und beschrieben sind, wobei
allerdings auch lediglich die zweite Schutzeinrichtung 130 vorhanden
sein kann.
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- 1
- Antrieb
- 3
- Kurbelwelle
- 5
- Wellenflansch
- 6
- Befestigungsmittel
- 7
- Radialflansch
- 9
- Umfangswand
- 11
- Zusatzmasse
- 13
- Zahnkranz
- 15
- Dichtwand
- 17
- Axialfeder
- 19
- Abdichtung
- 21
- Kammer
- 23
- Dämpfungseinrichtung
- 24
- elastische
Elemente
- 25
- Gleitelemente
- 27
- antriebsseitige
Ansteuerelemente
- 29
- abtriebsseitige
Ansteuerelemente
- 31
- Nabenscheibe
- 33
- Hohlrad
- 35
- Planetengetriebe
- 37
- Planetenrad
- 39
- Lagerelement
- 41
- Planetenträger
- 43
- Distanzhalter
- 45
- Axiallagerung
- 47
- Mittenachse
- 49
- Durchgangsöffnung
- 51
- Primärnabe
- 53
- Lagerung
- 55
- radiales
Gleitlager
- 57
- Sekundärnabe
- 59
- Schwungmasse
- 61
- Niete
- 63
- Verschraubung
- 65
- Kupplungsgehäuse
- 67
- Federaufnahme
- 69
- Membranfeder
- 71
- Federzungen
- 73
- Anpreßplatte
- 75
- Kupplungsscheibe
- 77
- Nabe
- 79
- Getriebeeingangswelle
- 80
- Verzahnung
- 81,83
- Reibbeläge
- 85
- Reibfläche
- 87
- antriebsseitiges
Dämpferelement
- 89
- abtriebsseitiges
Dämpferelement
- 100
- Schutzeinrichtung
- 102
- Befestigungsfläche z. Antrieb
- 104
- Flächenunterbrechung
- 106
- zurückversetzter
Flächenanteil
- 108
- Befestigungsfläche am Antrieb
- 110
- Spalt
- 112
- Materialumformung
- 114
- Radialbereich
d. Materialumform.
- 115
- Teil
radialer Erstreckung
- 116
- Querschnittsschwächung
- 118
- Vertiefung
- 120
- Vorderseite
d. Radialflansches
- 130
- zweite
Schutzeinrichtung
- 132
- Befestigungsfläche
- 134
- Flächenunterbrechung
- 136
- zurückversetzter
Flächenanteil
- 138
- Befestigungsfläche am Distanzhalt.
- 140
- Spalt
- 142
- Materialumformung
- 144
- Radialbereich
Distanzhalter
- 146
- Querschnittsschwächung
- 148
- Vertiefung