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Die
Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1.
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Ein
derartiger Torsionsschwingungsdämpfer ist
aus der
DE 196 09
043 C1 bekannt. Bei diesem Torsionsschwingungsdämpfer wird
das Drehmoment-Übertragungselement
der Primärseite über eine
Mehrzahl von Schraubbolzen mit der Kurbelwelle zur gemeinsamen Drehung
verschraubt, wobei das Drehmoment-Übertragungselement
im Verschraubungsbereich sehr hohen Flächenpressungsbelastungen unterliegt.
Ferner treten im Betrieb, d. h. bei Drehmomentübertragung von der Kurbelwelle über die
Primärseite
zur Sekundärseite
und schließlich
von dieser zu einem Abtriebselement, an der Primärseite, insbesondere im Bereich
nahe der Verschraubung des Drehmoment-Übertragungselements
mit der Kurbelwelle, hohe Biegeumlauf-Spannungen auf. Um diesen
Belastungen Rechnung zu tragen, ist es erforderlich, das Drehmoment-Übertragungselement entsprechend
stabil auszugestalten. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen,
daß das
einstückig
ausgebildete Drehmoment-Übertragungselement
bei seiner Herstellung, insbesondere im Bereich der Dämpfungsanordnung
stark umgeformt werden muß.
Aus fertigungstechnischen Gründen wird
daher für
das Drehmoment-Übertragungselement
ein tiefziehfähiger
Werkstoff verwendet, der jedoch wiederum nur geringe Festigkeit
aufweist. Um dennoch die erforderliche Stabilität des Drehmomentübertragungselements
erreichen zu können,
ist es daher üblich,
das Drehmoment-Übertragungselement
mit einer entsprechend großen
Materialstärke auszubilden,
so daß dieses
den im Betrieb auftretenden Biegeumlaufspannungen standhält. Dies
hat jedoch den Nachteil, daß der
Torsionsschwingungsdämpfer
insgesamt in axialer Richtung größer baut und
daß aufgrund
der hohen Materialstärke
die bei der Herstellung erforderlichen Umformprozesse wiederum erschwert
werden.
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Durch
die
DE 199 25 447
A1 ist insbesondere gemäß
2 ein
Torsionsschwingungsdämpfer bekannt,
bei welchem ein Drehmoment-Übertragungselement
mehrteilig ausgebildet ist, und zwar mit einem ersten Übertragungselementteil,
der in seinem radial äußeren Bereich
zur Zusammenwirkung mit einer Dämpferanordnung
vorgesehen ist, einem zweiten Übertragungselementteil,
der zur Festlegung des Torsionsschwingungsdämpfers an einem Antriebselement,
wie der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, dient und gehärtet ist,
gegebenenfalls sogar eine höhere
Kernhärte
aufweist, und einem dritten Teil, der zur Zentrierung der Primärseite sowie
zur Lagerung der Sekundärseite
mit Positionierflächen versehen
ist. Die drei Übertragungselementteile
verfügen über einen
Verbindungsbereich miteinander, der sich in einem Bereich radialer Überlappung
von Antriebselement und Drehmoment-Übertragungselement befindet.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Torsionsschwingungsdämpfer der
eingangs genannten Art bereitzustellen, der bei vereinfachter Fertigung
verbessert an die im Betrieb auftretende Beanspruchung angepaßt werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch einen Torsionsschwingungsdämpfer gelöst, bei welchem das Drehmoment-Übertragungselement
wenigstens zwei Übertragungselementteile
umfaßt,
welche in einem Verbindungsbereich miteinander verbunden sind.
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Durch
Zusammensetzen des jeweiligen Drehmoment-Übertragungselements aus mehreren Übertragungselementteilen
können
verschiedene Bereiche des Drehmoment-Übertragungselements jeweils
an die spezifischen Anforderungen bei der Fertigung bzw. im Betrieb
angepaßt
werden.
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Das
Drehmoment-Übertragungselement
ist in einem radial inneren Bereich zur Festlegung an dem Antriebselement
und in einem radial äußeren Bereich
zum Zusammenwirken mit der Dämpferanordnung
ausgebildet, wobei das Drehmoment-Übertragungselement
in seinem zur Festlegung am Antriebselement vorgesehenen Bereich
ein Übertragungselementteil
größerer Härte aufweist
als in seinem zur Zusammenwirkung mit der Dämpferanordnung vorgesehenen
Bereich. Das Drehmoment-Übertragungselement
größerer Härte kann
aus einem Material mit einer Festigkeit im Bereich von 400 bis 800
N/mm2 hergestellt sein. Ein derart ausgestalteter Torsionsschwingungsdämpfer ist
an die in bzw. nahe dem zur Festlegung am Antriebselement vorgesehenen
Bereich auftretenden Biegeumlaufspannung und Flächenpressungsbelastungen in
optimaler Weise angepaßt.
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Das
aus einem Material mit einer Festigkeit im Bereich von 400 bis 800
N/mm2 hergestellte Drehmoment-Übertragungselement
größerer Härte kann beispielsweise
aus QStE 460 bestehen. Ferner kann das Übertragungselementteil geringerer
Härte aus einem
tiefziehfähigen
Material mit einer Festigkeit im Bereich von 300 bis 400 N/mm2 hergestellt sein, wie beispielsweise StW
24.
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Es
kann vorgesehen sein, daß das Übertragungselementteil
in dem zur Festlegung am Antriebselement vorgesehenen Bereich eine
kleinere Wandstärke
aufweist als das Übertragungselementteil
in dem zum Zusammenwirken mit der Dämpferanordnung vorgesehenen
Bereich. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann aufgrund größerer Härte in dem bezüglich der
ersten Drehachse radial inneren Bereich geringerer Wandstärke die
gleiche oder eine größere Festigkeit
als im radial äußeren Bereich
größerer Wandstärke erzielt
werden. Die kleinere Wandstärke
im radial inneren Bereich führt
dazu, daß der Torsionsschwingungsdämpfer in
diesem Bereich axial kürzer
baut, und daß damit
für andere
Komponenten, wie beispielsweise für eine Kupplungsscheibe mit
konventionellem Torsionsschwingungsdämpfer, mehr Bauraum zur Verfügung steht.
Ferner ist die Klemmlänge
der das Drehmoment-Übertragungselement
am Antriebselement festlegenden Schrauben aufgrund der kleineren
Wandstärke
reduziert, so daß kürzere Schrauben
verwendet werden können,
was wiederum zu einer Gewichtseinsparung beiträgt.
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Alternativ
kann jedoch auch vorgesehen sein, daß das Übertragungselementteil in dem
zur Festlegung am Antriebselement vorgesehenen Bereich die gleiche
oder eine größere Wandstärke aufweist
als das Übertragungselementteil
in dem zum Zusammenwirken mit der Dämpferanordnung vorgesehenen
Bereich. Bei einer derartigen Ausgestaltung weist der radial innere
Bereich eine deutlich höhere Festigkeit
auf als der weniger beanspruchte radial äußere Bereich. Anders gesagt,
wird lediglich der radial innere Bereich entsprechend stabil – und deshalb mit
entsprechend großer
Materialstärke – ausgebildet,
so daß im
mechanisch weniger belasteten radial äußeren Bereich durch Verwendung
eines Übertragungelementteils
geringerer Wandstärke
zusätzlich Bauraum,
beispielsweise für
Federn der Dämpferanordnung,
geschaffen werden kann. Ferner hat diese Variante den Vorteil, daß durch
entsprechend dünnwandiges
Ausbilden des radial äußeren Bereichs
des Drehmoment-Übertragungselement
Gewicht eingespart werden kann.
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Die Übertragungselementteile
können,
bei Ausbildung aus Metall, in ihrem gegenseitigen Verbindungsbereich
durch Verschweißen,
vorzugsweise durch Laserschweißen,
miteinander verbunden sein. Diese Verbindungsart erfüllt hohe
Festigkeitsanforderungen und ist insbesondere für eine Massenfertigung geeignet.
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Bei
der Herstellung durch Verschweißen kann
es ausreichend sein, daß die Übertragungselementteile
von einer ihrer in Richtung der ersten Achse entgegengesetzt orientierten
Seiten her miteinander verschweißt sind. Um die Festigkeit
im Verbindungsbereich weiter zu erhöhen, kann alternativ vorgesehen
sein, daß die Übertragungselementteile
von beiden ihrer in Richtung der ersten Achse entgegengesetzt orientierten
Seiten her miteinander verschweißt sind.
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Hinsichtlich
der Anordnung des Verbindungsbereichs ist vorgesehen, daß dieser
radial außerhalb
des Bereichs gegenseitiger radialer Überlappung von Antriebselement
und Drehmoment-Übertragungselement
angeordnet ist. Durch diese Maßnahme
kann verhindert werden, daß der
Verbindungsbereich, welcher aufgrund der Schweiß- oder Nietverbindung ggf.
keine definierte ebene Anlagefläche
bildet, bei Festlegung am Antriebselement radial außerhalb
des Antriebselements angeordnet ist, wodurch eine definierte Anlage
zwischen Antriebselement und Übertragungselementteil
sichergestellt ist. Ferner kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein,
daß der
Verbindungsbereich radial innerhalb des zum Zusammenwirken mit der
Dämpfungsanordnung
vorgesehenen Bereichs angeordnet ist.
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An
dem Drehmoment-Übertragungselement der
Primärseite
kann ein gesondert ausgebildeter, die Sekundärseite axial oder/und radial
lagernder Lagerungsring angebracht sein. Um dabei eine Positionierung
in einer Sollposition, zu gewährleisten,
kann vorgesehen sein, daß der
Lagerungsring Positionierflächen
zur Positionierung relativ zu dem Antriebselement umfaßt.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es
stellen dar:
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1 eine
Teil-Längsschnittansicht
durch einen erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 einen
Ausschnitt des Verbindungsbereichs zwischen zwei Übertragungselementteilen
unterschiedlicher Wandstärke;
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3 einen
Bildausschnitt alternativ zu 4 zweier Übertragungselementteile
verschiedener Wand stärke;
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4 einen
Ausschnitt des radial inneren Bereichs eines erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers mit
Lagerungsring; und
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5 eine
Teil-Längsschnittansicht
durch einen erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel mit
zusätzlich
dargestellter Scheibenkupplung.
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In 1 ist
ein Torsionsschwingungsdämpfer
allgemein mit 10 bezeichnet. Dieser umfaßt eine Primärseite 12 sowie
eine Sekundärseite 14,
welche bezüglich
der Primärseite 12 gegen
die Wirkung einer Dämpfungsanordnung 16 um
eine erste Drehachse A drehbar ist. Die Primärseite umfaßt ein scheibenförmig ausgebildetes
erstes Drehmoment-Übertragungselement 18,
das radial innen durch eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben 20 an
einem Wellenflansch 22 einer allgemein mit 24 bezeichneten
Antriebswelle festgelegt ist. Radial außen weist das erste Drehmoment-Übertragungselement 18 einen
sich im wesentlichen axial erstreckenden ringartigen Abschnitt 26 auf,
mit welchem ein Scheibenelement 28 radial außen, beispielsweise
durch Verschweißen,
fest verbunden ist. Das erste Drehmoment-Übertragungselement 18 und
das Scheibenelement 28 bilden eine nach radial außen hin dicht
abgeschlossene Kammer 30, in welcher zum einen die Dämpfungsanordnung 16 mit
ihren in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Dämpfungsfedern 32 positioniert
ist, und in welcher zum anderen ein viskoses Medium angeordnet ist.
Ferner greift von radial innen her in die Kammer 30 ein
zweites Drehmoment-Übertragungselement 34,
welches eine Nabenscheibe der Sekundärseite 14 bildet und
mit einem Masseteil 36, beispielsweise einem Schwungrad
für eine
Kupplungseinrichtung – wie
später
mit Bezug auf 5 näher erläutert – durch eine Mehrzahl von Nietbolzen 38 oder
dergleichen fest verbunden ist. In an sich bekannter Weise stützen sich
die Federn oder Anordnungen von Federn 32 in ihren Umfangsendbereichen
an jeweiligen Abstützbereichen
des ersten Drehmoment-Übertragungselements 18 und
des Scheibenelements 28 bzw. des zweiten Drehmoment-Übertragungselements 34 oder
an weiteren Federn, ggf. über
Abstützelemente 40,
ab.
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Das
zweite Drehmoment-Übertragungselement 34 ist
in einem radial innerhalb der Dämpfungseinrichtung 16 liegenden
Bereich durch Umformung als Hohlrad 42 oder Hohlradabschnitt
ausgebildet. Mit diesem Hohlrad 42 kämmen mehrere in Umfangsrichtung
verteilt angeordnete Planetenräder 44, die
jeweils eine Außenverzahnung 45 aufweisen
und auf jeweiligen axialen und topfartigen Ausformungen 46 des
ersten Drehmoment-Übertragungselements 18 um
eine zur ersten Drehachse A versetzte zweite Drehachse B drehbar
gelagert sind. Bei einer Relativdrehung der Primärseite 12 bezüglich der
Sekundärseite 14 wird
zum einen Schwingungsenergie in Kompressionsenergie der Dämpfungseinrichtung 16 umgewandelt
und zum anderen wird Schwingungsenergie in kinetische Energie umgewandelt,
welche in der Drehung der einzelnen Planetenräder 44 gespeichert
wird. Bei dieser Drehung bewegen sich die einzelnen Planetenräder 44 mit
ihrer Außenverzahnung 45 in
dem viskosen Medium innerhalb der Kammer 30.
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Die
dabei auftretende Fluidreibung trägt wesentlich zur Dämpfung der
Torsionsschwingungen bei.
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Radial
außen
ist an dem ringartigen Abschnitt 26 ein zusätzliches
Masseteil 48 durch Verschweißen angebracht. Ferner ist
im radial äußeren Bereich
des ringartigen Abschnitts 26 ein Starterzahnkranz 50 vorgesehen.
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Das
erste Drehmoment-Übertragungselement 18 ist
aus einem radial äußeren Übertragungselementteil 52 und
einem radial inneren Übertragungselementteil 54 gebildet.
Diese sind in einem Verbindungsbereich 56 von ihren beiden
in Richtung der ersten Achse A entgegengesetzt orientierten Seiten
her miteinander verschweißt.
Das Übertragungselementteil 52 ist
aus einem weicheren Material, beispielsweise aus StW 24, hergestellt,
wohingegen das Übertragungselementteil 54 aus
einem härteren Werkstoff
hergestellt ist, wie beispielsweise QStE 460. Der Verbindungsbereich 56 liegt
radial außerhalb
des Bereichs gegenseitiger radialer Überlappung von Wellenflansch 22 und
Drehmoment-Übertragungselement 18 und
radial innerhalb der Ausformungen 56 zur Lagerung der Planetenräder 44.
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Das Übertragungselementteil 54 ist
ferner radial innen mit einem Hülsenabschnitt 58 ausgebildet,
welcher sich in Achsrichtung erstreckt. Ein korrespondierender Buchsenabschnitt 60 ist
an dem zweiten Drehmoment-Übertragungselement 34 radial
innen angeformt. Der Hülsenabschnitt 58 und
der Buchsenabschnitt 60 bilden zusammen mit einem Gleitring 62 ein
Gleitlager, welches die Sekundärseite 14 relativ
zur Primärseite 12 radial
lagert. Ferner ist die Sekundärseite 14 relativ
zur Primärseite 12 über eine
Axiallageranordnung 64 axial gelagert, welche Axiallageranordnung 64 mittels
der Befestigungsschrauben 20 an der Primärseite bzw.
an der Antriebswelle festgelegt ist.
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2 und 3 zeigen
jeweils einen Ausschnitt aus dem Drehmoment-Übertragungselement 18 zur
Verdeutlichung verschiedener Möglichkeiten für dessen
Aufbau. Gemäß 2 umfaßt das Drehmoment-Übertragungselement 18a ein
radial inneres Übertragungselementteil 54a mit
einer Wandstärke d1
und ein radial äußeres Übertragungselementteil 52a mit
einer Wandstärke
d2, wobei die Übertragungselementteile 54a und 52a durch
Verschweißen im
Verbindungsbereich 56 miteinander verbunden sind. Das Übertragungselementteil 54a ist
aus einem härteren
Material ausgebildet als das Übertragungselementteil 52a und
die Wandstärke
d1 des Übertragungselementteils 54a beträgt etwa
das Doppelte der Wandstärke
d2 des Übertragungselementteils 52a.
Eine derartige Anordnung wird beispielsweise dann gewählt, wenn
im radial inneren Bereich, d. h. im Verbindungsbereich zwischen
Drehmoment-Übertragungselement 18a und Wellenflansch 22 der
Antriebswelle 24 sehr hohe Flächenpressungen auftreten und
wenn das Drehmoment-Übertragungselement 18a hohen
Biegeumlaufspannungen im Betrieb ausgesetzt ist.
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Ferner
wird die Bauweise gemäß 2 dann gewählt, wenn
im radial äußeren Bereich,
d. h. im Bereich des Übertragungselementteils 52a,
in axialer Richtung durch Verringerung der Wandstärke des Übertragungselementteils 52a zusätzlicher
Bauraum geschaffen werden soll, beispielsweise zugunsten der Planetenräder 44.
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Die
Alternative gemäß 3 zeigt
ein radial inneres Übertragungselementteil 54b mit
einer Wandstärke
d3 und ein radial äußeres Übertragungselementteil 52b mit
einer Wandstärke
d4, wobei die Übertragungselementteile 52b und 54b wiederum
im Verbindungsbereich 56 durch Verschweißen miteinander
verbunden sind. Die Wandstärke
d3 des radial inneren Übertragungselement
teils 54b ist deutlich kleiner als die Wandstärke d4 des
radial äußeren Übertragungselementteils 52b.
Bei einem derartig aufgebauten Drehmoment-Übertragungselement 18b besitzt
das radial innere Übertragungselementteil 54b aufgrund
der Verwendung eines härteren
Materials mindestens die gleiche Festigkeit wie das radial äußere Übertragungselementteil 52b größerer Wandstärke aus
einem weicheren (beispielsweise tiefziehfähigen) Werkstoff. Die Alternative
gemäß 3 ist
dahingehend vorteilhaft, daß im
radial inneren Bereich durch Reduzierung der Wandstärke des Übertragungselementteils 54b zusätzlicher
Bauraum in Achsrichtung geschaffen wird.
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4 zeigt
einen Ausschnitt des radial inneren Bereichs des erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers in
gegenüber 1 abgewandelter
Form. Bei dieser Ausgestaltungsform ist das radial innere Übertragungselementteil 54c,
welches am Flansch 22 der Antriebswelle zur Anlage kommt
und mittels der Befestigungsschrauben 20 an diesem festgeschraubt
ist, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1,
ohne angeformten Hülsenabschnitt 58 ausgebildet.
Um dennoch eine gegenseitige Lagerung von Primärseite 12 und Sekundärseite 14 zu
ermöglichen,
ist ein als gesondertes Teil ausgebildeter Lagerungsring 68 vorgesehen. Dieser
Lagerungsring 68 ist mittels Positionierflächen 70 und 72 relativ
zum Flansch 22 der Antriebswelle und zum radial inneren Übertragungselementteil 54c des
ersten Drehmoment-Übertragungselements
positioniert, insbesondere zur ersten Drehachse A zentriert. Der
Lagerungsring 68 umfaßt
einen Hülsenabschnitt 74,
der – wie
in 1 bezüglich
des derartigen Hülsenabschnitts 58 erläutert – über den
Gleitring 62 mit dem Buchsenabschnitt 60 am zweiten Drehmoment-Übertragungselement
als Radiallagerung der Sekundärseite 14 relativ
zur Primärseite 12 wirkt.
Ferner umfaßt
der Lagerungsring 68 einen Axiallagerabschnitt 76,
der in gleicher Weise wie die Axiallageranordnung 64 gemäß 1 die
Sekundärseite 14 relativ
zur Primärseite 12 axial
lagert. Der Lagerungsring 68 gemäß 4 wird statt
eines Übertragungselementteils 54 mit
angeformtem Hülsenabschnitt 58 dann
verwendet, wenn das Übertragungselementteil 54c aus
einem besonders harten Material hergestellt ist, welches das Umformen
zur Ausbildung des Hülsenabschnitts
erschwert. In diesem Fall wird wie in 4 dargestellt,
das Übertragungselementteil 54c in
seiner Scheibenform belassen und die Axial- und Radiallagerung wird
mittels des aus einem leichter umformbaren Material hergestellten
Lagerungsrings 68 verwirklicht.
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5 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
Torsionsschwingungsdämpfers,
welcher allgemein mit 110 bezeichnet ist. Zu den Torsionsschwingungsdämpfern gemäß 1 bis 4 gleiche Komponenten
des Torsionsschwingungsdämpfers 110 werden
mit denselben Bezugszeichen vermehrt um die Zahl 100 – bezeichnet
und nicht näher
beschrieben. Das erste Drehmoment-Übertragungselement 118 des
Torsionsschwingungsdämpfers 110 ist wiederum
zweiteilig aus einem radial inneren Übertragungselementteil 154 und
einem radial äußeren Übertragungselementteil 152 gebildet.
Diese sind jedoch im Verbindungsbereich 156 nur von einer
Seite her (Pfeil X) verschweißt.
Ferner ist in 5 noch eine Scheibenkupplungsanordnung 180 gezeigt,
welche an dem Masseteil 136 der Sekundärseite 114 angebracht
ist. Die Scheibenkupplungsanordnung 180 umfaßt Reibbeläge 182 und 184,
zwischen welchen eine Kupplungsscheibe 186 angeordnet ist.
Die Kupplungsscheibe 186 ist drehfest auf einer Abtriebswelle 188 gelagert.
Mittels einer Membranfeder 190 wird der Anpreßdruck der
Reibbeläge 182, 184 auf
die Kupplungsscheibe 186 gesteuert, wodurch der Schlupf
zwischen den Reibbelägen 182, 184 und der
Kupplungsscheibe 186 eingestellt werden kann.