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Die Erfindung betrifft einen Rotationsdämpfer für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Dämpferelement zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen einer radaufhängungsseitig angeordneten ersten Masse und einer fahrzeugkarosserieseitig angeordneten zweiten Masse.
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Es ist in vielen Bereichen der Technik erforderlich, Relativbewegungen zwischen zwei Bauteilen eines schwingungsfähigen mechanischen Systems zu dämpfen. Ein Beispiel ist die Schwingungsdämpfung an einer Kraftfahrzeugkarosserie im Bereich der Aufhängung der Karosserie am Fahrwerk. Hierzu werden beispielsweise hydraulische Lineardämpfer eingesetzt. Bei entsprechenden Lineardämpfern sind die in Kraftrichtung liegenden Anbindungspunkte an Fahrzeugkarosserie respektive Radaufhängung mit Elastomerlagern versehen, so dass eine Schwingungsentkopplung und somit eine Reduzierung von beim Betrieb des Kraftfahrzeugs, etwa durch das Abrollen eines Fahrzeugrades auf dem Untergrund, entstehenden Schwingungen erreicht wird.
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Rotationsdämpfer stellen eine Alternative zu den vorgenannten Teleskopdämpfern dar und sind weithin bekannt. Die Wirkungsweise eines Rotationsdämpfers beruht prinzipiell auf einem radaufhängungsseitig angeordneten, bei einer relativen Massenbewegung bewegbaren Hebelelement, welches direkt oder indirekt mit einem drehbar gelagerten Dämpferteil des dem Rotationsdämpfer zugehörigen Dämpferelements bewegungsgekoppelt ist, wodurch das entsprechende Dämpferteil in eine Drehbewegung versetzbar ist.
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Eine Schwingungsentkopplung mittels entsprechenden Elastomerlagern wie bei den vorstehend genannten Lineardämpfern ist bei Rotationsdämpfern nicht möglich, da hier eine Kraftumlenkung von einer linear wirkenden Kraft in eine lotrecht dazu verlaufende Kraft respektive ein Drehmoment erfolgt. Mithin ist das Absorptionsverhalten gängiger Rotationsdämpfer gegenüber beim Betrieb des Kraftfahrzeugs entstehenden Schwingungen insbesondere im Vergleich zu Lineardämpfern reduziert.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Rotationsdämpfer mit einer verbesserten Absorptionsfähigkeit gegenüber beim Betrieb des Kraftfahrzeugs entstehenden Schwingungen anzugeben.
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Das Problem wird erfindungsgemäß durch einen Rotationsdämpfer der eingangs genannten Art gelöst, welcher sich dadurch auszeichnet, dass das Dämpferelement wenigstens ein drehbares Dämpferteil aufweist, welches über ein mit diesem mechanisch bewegungsgekoppeltes, durch die Massenbewegung bewegbares Hebelelement in eine Drehbewegung versetzbar ist, wobei in die mechanische Bewegungskopplung zwischen Hebelelement und drehbarem Dämpferteil wenigstens ein Federdämpferelement integriert ist.
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Die vorliegende Erfindung gründet auf der Idee, wenigstens einen Federdämpferelement in die mechanische Bewegungskopplung einzubringen, um so wenigstens eine Entkopplungsstufe zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Radaufhängung zu realisieren. Mithin werden derart beim Betrieb des Kraftfahrzeugs und/oder des Rotationsdämpfers entstehende Schwingungen reduziert bzw. bedämpft, wodurch insbesondere akustisch wahrnehmbare und so den Fahrkomfort mindernde Schwingungen reduziert werden.
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Das wenigstens eine Federdämpferelement ist somit direkter Bestandteil des Rotationsdämpfers, was insbesondere eine Bedämpfung entsprechender Schwingungen noch vor Ausbreitung dieser in die Fahrgastzelle, in welcher diese regelmäßig als störend wahrgenommen werden, ermöglicht. Das Federdämpferelement, welches im Sinne einer schwingungsentkoppelnden, in Serie zwischen Hebelelement und drehbarem Dämpferteil geschalteten Schnittstelle zwischen Hebelelement und drehbarem Dämpferteil zu sehen ist, erlaubt eine Übertragung einer von dem Hebelement auf das drehbare Dämpferteil zu übertragenden Kraft respektive eines Drehmoments.
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Durch die Integration des Federdämpferelements in die mechanische Bewegungskopplung zwischen Hebelelement und dem dem Dämpferelement zugehörigen drehbaren Dämpferteil ist das erfindungsgemäße Prinzip zudem platzsparend und trägt den bekanntermaßen beschränkten Platzverhältnissen innerhalb eines einen entsprechenden Rotationsdämpfer aufnehmenden Radkastens Rechnung.
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Das erfindungsgemäß eingesetzte Federdämpferelement kann in im Weiteren noch beschriebenen Ausführungsformen vorliegen und so individuell und bedarfsgerecht auf ein entsprechendes Frequenzspektrum an Schwingungen eingestellt sein, so dass insbesondere hochfrequente oder tieffrequente Schwingungen gezielt bedämpft werden können. Insbesondere können akustisch wahrnehmbare hochfrequente Schwingungen kleiner Amplitude bedämpft werden. Lediglich beispielhaft können mit einem entsprechend ausgeführten Federdämpferelement Schwingungen im Bereich von 1 kHz–30 kHz bedämpft werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, dass das Federdämpferelement wenigstens abschnittsweise in einem sich zwischen dem Hebelelement und dem drehbaren Dämpferteil erstreckenden Aufnahmeraum oder in einem sich zwischen dem Hebelelement und einem mit dem drehbaren Dämpferteil drehfest verbundenen Bauteil erstreckenden Aufnahmeraum angeordnet ist. Dabei sind Form und Abmessungen des Federdämpferelements in der Regel auf Form und Abmessungen des Aufnahmeraums angepasst, so dass sich eine stabile, vorzugsweise unverlierbare Anordnung des Federdämpferelements innerhalb des Aufnahmeraums ergibt.
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Der Aufnahmeraum und gegebenenfalls auch das Federdämpferelement können ringförmig oder ringsegmentförmig ausgebildet sein. Entsprechend ist es bevorzugt, das Federdämpferelement ebenfalls ringförmig auszubilden, so dass dieser in den Aufnahmeraum eingesetzt den Aufnahmeraum vollständig ausfüllt. Gleichermaßen kann das Federdämpferelement auch nur als entsprechendes Ringsegment ausgebildet sein, so dass dieses, wenn eingesetzt, den Aufnahmeraum umfangsmäßig nur teilweise ausfüllt. In den nicht ausgefüllten Bereichen des ringförmigen Aufnahmeraums kann wenigstens ein weiteres ringsegmentförmiges Federdämpferelement eingesetzt sein. Das heißt, das Federdämpferelement kann auch umfangsmäßig mehrteilig ausgeführt sein und eine entsprechende Anzahl an Federdämpferelementabschnitten umfassen. Auch die Ausführungen des Federdämpferelements in Form mehrerer umfangsmäßig verteilt angeordneter Radialstege, welche sich als einzelne Federdämpferelementabschnitte radial durch den ringförmigen Aufnahmeraum erstrecken, ist denkbar. Analoges gilt selbstverständlich für einen lediglich ringsegmentförmig ausgeführten Aufnahmeraum.
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Neben der beschriebenen ringförmigen respektive ringsegmentförmigen Ausführung des Aufnahmeraums können auch andere geometrische Ausführungsformen des Aufnahmeraums sowie diesem nachfolgend des Federdämpferelements oder entsprechende Federdämpferelementabschnitte denkbar sein. Hierunter fallen beispielsweise rechteckige oder polygon, das heißt etwa als Sechs- oder Achtkant, ausgebildete Aufnahmeräume.
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Die Anordnung des Federdämpferelements innerhalb eines entsprechenden Aufnahmeraums kann beispielsweise durch einen Press- oder Klemmsitz des Federdämpferelements auf dem drehbaren Dämpferteil oder dem mit dem drehbaren Dämpferteil drehfest verbundenen Bauteil erfolgen. Weiterhin sind je nach Wahl der eingesetzten Materialien für das Hebelelement, das Federdämpferelement, das drehbare Dämpferteil oder gegebenenfalls das mit dem drehbaren Dämpferteil drehfest verbundene Bauteil auch Klebe-, Schweiß- oder Lötverbindungen zur Anordnung des Federdämpferelements in einem entsprechenden Aufnahmeraum denkbar. Auch radial abstehende Kraft- und/oder Formschlusselemente können entweder federdämpferlementseitig oder hebelelementseitig vorgesehen sein, welche in entsprechend gegengleich gestaltete hebelelementseitig oder federdämpferelementseitig vorgesehene Aufnahmeabschnitte eingreifen. Gleiches gilt für eine entsprechende Verbindung zwischen dem Federdämpferelement und einem oder dem mit dem drehbaren Dämpferteil drehfest verbundenen Bauteil.
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Es ist ferner denkbar, dass das Federdämpferelement wenigstens zwei Federdämpferelementabschnitte aufweist, die über ein Verbindungsteil mechanisch bewegungsgekoppelt sind. Mithin kann in dieser Ausführungsform in die mechanische Bewegungskopplung zwischen Hebelelement und drehbarem Dämpferteil wenigstens ein Verbindungsteil integriert sein, an dem die Federdämpferelementabschnitte angeordnet sind, wobei beispielsweise wenigstens ein Federdämpferelementabschnitt in Kontakt zu dem Hebelelement und wenigstens ein weiterer Federdämpferelementabschnitt in Kontakt zu dem drehbaren Dämpferteil steht. Zwischen den entsprechenden Federdämpferelementabschnitten ist das, gegebenenfalls als konzentrischer Ring ausgebildete, mit den Federdämpferelementabschnitten verbundene Verbindungsteil angeordnet. Entsprechend werden Drehbewegungen des oder der radial äußeren Federdämpferelementabschnitte über das Verbindungsteil auf das oder die radial inneren Federdämpferelementabschnitte und weiter auf das drehbare Dämpferteil übertragen. Durch die mehrteilige Ausführung des Federdämpferelements in mehrere entsprechende radial beabstandete, durch wenigstens ein zwischen diesen gelagertes Verbindungsteil getrennte Federdämpferelementabschnitte ist die Möglichkeit einer mehrstufigen Entkopplung gegeben, wodurch die Absorptionsfähigkeit des Rotationsdämpfers gegenüber entsprechenden Schwingungen weiter erhöht werden kann.
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Das Federdämpferelement ist vorteilhaft aus einem Elastomermaterial gebildet. Unter Elastomermaterialien sind sämtliche sowohl natürlich als auch synthetisch herstellbaren Elastomere zu verstehen. Lediglich beispielhaft werden auf Polybutadien basierende Kautschuke genannt, wobei deren Absorptionsverhalten gegenüber entsprechenden Schwingungen durch unterschiedliche Vulkanisations- bzw. Vernetzungsgrade einstellbar ist. Auch entsprechende, in einem Spritzgießverfahren verarbeitbare thermoplastische Elastomere (TPE) können zur Ausbildung des Federdämpferelements verwendet werden.
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Zur weiteren Einstellung des Absorptionsverhaltens des erfindungsgemäßen Federdämpferelements kann in das Elastomermaterial wenigstens ein metallischer Träger integriert, insbesondere von diesem umhüllt bzw. umspritzt, sein. Mithin kann derart ein bestimmtes Absorptionsspektrum an weitestgehend durch das Elastomermaterial erzeugtem viskosen Materialverhalten und ein weitestgehend durch den metallischen Träger erzeugtem elastischen Materialverhalten hergestellt werden. Auch eine eine Reibdämpfung erzeugende Komponente kann ergänzend oder alternativ Bestandteil des Federdämpferelements sein, so dass dessen Dämpfwirkung grundsätzlich auf dem Prinzip der Federdämpfung und/oder Viskosendämpfung und/oder Reibdämpfung beruht.
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Es ist ferner denkbar, dass zwischen dem Hebelelement und dem Dämpferelement ein Getriebe angeordnet ist, wobei wenigstens ein erstes Getriebeelement mit dem Hebelelement bewegungsgekoppelt und über dieses in eine Drehbewegung versetzbar und wenigstens ein zweites, mit dem ersten Getriebeelement direkt oder indirekt übersetzt gekoppeltes Getriebeelement mit dem zweiten Dämpferteil bewegungsgekoppelt ist, derart dass eine Drehbewegung des zweiten Dämpferteils erfolgt. Die Zwischenschaltung eines Getriebes erlaubt eine Übersetzung der Bewegung des Hebelelements, so dass vergleichsweise geringfügige Bewegungen respektive Auslenkungen des Hebelelements hohe Umdrehungen bzw. Drehgeschwindigkeiten des zweiten Dämpferteils des Dämpferelements bewirken. Entsprechen kann die Dämpfwirkung des Dämpferelements erhöht werden.
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Das Getriebe kann beispielsweise in Form eines Planetengetriebes, Spannungswellengetriebes, Zykloidgetriebes oder Stirnradgetriebes ausgebildet sein. Andere Getriebebauformen sind ebenso denkbar.
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Der Rotationsdämpfer kann als hydraulischer Rotationsdämpfer mit wenigstens einem hydraulischen Dämpferelement oder als elektrischer Rotationsdämpfer mit wenigstens einem elektrischen Dämpferelement ausgebildet sein. In ersterem Fall beruht die Dämpfwirkung des Dämpferelements auf der Umwälzung eines in einem dem Dämpferelement zugehörigen Volumen aufgenommenen Fluids wie z. B. eines geeigenten Hydrauliköls oder dergleichen. In letzterem Fall, kann durch das Dämpferelement eine Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie vollzogen werden. In dieser Ausgestaltung umfasst der Rotationsdämpfer einen durch die Massenbewegung angetriebenen Generator mit einem feststehenden Stator und einem relativ dazu drehbaren Rotor sowie vorteilhaft ein mit dem Generator gekoppeltes Getriebe. Das Funktionsprinzip des elektrischen Dämpfers beruht auf der Kopplung des Generators mit dem Getriebe, wobei das Abtriebselement des Getriebes eine über das direkt mit einem Antriebselement des Getriebes gekoppelte Hebelelement eingebrachte Drehbewegung auf den Rotor überträgt. Die in den Rotor eingeleitete Rotationsbewegung bedingt die Dämpfung über den Generator sowie die Rückgewinnung bzw. Umwandlung der ursprünglich aus der Massenbewegung resultierenden mechanischen Dämpfungsenergie in den generatorseitig erzeugten Strom.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung eines Rotationsdämpfers gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
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2 eine Prinzipdarstellung eines Rotationsdämpfers gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform;
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3 eine Prinzipdarstellung eines Rotationsdämpfers gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform; und
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4 eine Prinzipdarstellung einer möglichen Verbausituation eines Rotationsdämpfers im Bereich einer Kraftfahrzeugachse.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Rotationsdämpfers 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform. Der Rotationsdämpfer 1 ist innerhalb eines Radkastens eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) verbaut und umfasst ein Dämpferelement 2 zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen einer radaufhängungsseitig angeordneten ersten Masse und einer fahrzeugkarosserieseitig angeordneten zweiten Masse. Das Dämpferelement 2 kann beispielsweise als elektrischer Dämpfer ausgebildet sein.
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Das Dämpferelement 2 weist innerhalb des hohlzylindrischen Gehäuses 3 ein feststehendes erstes Dämpferteil (nicht gezeigt) und ein unter Ausbildung einer Dämpfkraft relativ dazu drehbar gelagertes zweites Dämpferteil (nicht gezeigt) auf. Das zweite Dämpferteil ist über ein Umlenklager 4 mit einem durch die Massenbewegung bewegbaren bzw. verschwenkbaren (vgl. Doppelpfeil 5'), mit der ersten Masse verbundenen Hebelelement 5 (Anlenkhebel) verbunden. Das Hebelelement 5 überträgt bei einer Massenbewegung eine Drehbewegung respektive ein Drehmoment (vgl. Doppelpfeil 4') auf das Umlenklager 4 und das mit diesem bewegungsgekoppelte zweite Dämpferteil. Hierbei können akustisch wahrnehmbare Schwingungen entstehen, die bei Eintritt in die Fahrgastzelle für den Fahrgast regelmäßig als unangenehm empfunden werden.
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Zur Reduzierung respektive Bedämpfung entsprechender Schwingungen ist in die mechanische Bewegungskopplung zwischen Hebelelement 5 und Umlenklager 4 respektive drehbarem Dämpferteil, das heißt in den Übertragungspfad von Hebelelement 5 und Umlenklager 4, ein Federdämpferelement 6 integriert. Das Federdämpferelement 6 dient sonach der Schwingungsentkopplung zwischen Radaufhängung und Fahrzeugkarosserie.
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Das Federdämpferelement 6 ist ringförmig ausgebildet und in einem sich zwischen einer ringförmigen Ausnehmung 7 des Hebelelements 5 und dem Außenumfang eines ringförmigen, mit dem Umlenklager 4 und somit indirekt auch dem drehbaren Dämpferteil drehfest verbundenen Bauteil 8 erstreckenden, entsprechend ebenfalls ringförmigen Aufnahmeraum 9 angeordnet. Eine stabile Anordnung des Federdämpferelements 6 innerhalb des Aufnahmeraums 9 wird beispielsweise über eine Klebverbindung sichergestellt.
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Das Federdämpferelement 6 ist als geschlossener Elastomerring aus einem Elstomermaterial, das heißt etwa aus einem synthetischen Kautschuk wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) gebildet. Ersichtlich kann das Federdämpferelement 6 eine rillenförmige Oberflächenstrukturierung aufweisen. In das Elastomermaterial kann zusätzlich ein metallischer Träger integriert sein, welcher das Absorptionsspektrum des Federdämpferelements 6 beeinflusst, so dass das Federdämpferelement 6 gezielt zur Bedämpfung bestimmter Frequenzen ausgebildet werden kann. Gleichermaßen wäre es auch denkbar, das Federdämpferelement 6 in mehrere innerhalb des Aufnahmeraums 9 angeordnete Federdämpferelementabschnitte aufzuteilen, so dass innerhalb des Aufnahmeraums 9 umfangsmäßig verteilt oder in einzelnen Lagen übereinander angeordnete ringsegmentförmige oder ringförmige Federdämpferelementabschnitte vorlägen, welche den Aufnahmeraum 9 vollkommen oder teilweise ausfüllten. Grundsätzlich beruht die Dämpfung des Federdämpferelements 6 auf dem Prinzip der Federdämpfung und/oder der viskosen Dämpfung und/oder der Reibdämpfung.
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Es wäre gleichermaßen denkbar, das Federdämpferelement 6 direkt auf dem Außenumfang des Umlenklagers 4 anzuordnen, so dass hier theoretisch auf das mit dem Umlenklager 4 drehfest verbundene Bauteil 8 verzichtet werden könnte.
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2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Rotationsdämpfers 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform. Der wesentliche Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform besteht in der Form des Hebelelements 5 respektive der diesem zugehörigen das Federdämpferelement 8 aufnehmenden Ausnehmung 7, welche hier lediglich ringsegmentförmig ausgebildet ist, so dass das Hebelelement 5 insgesamt eine Klauenform aufweist. Bevorzugt umläuft die ringsegmentförmige Ausnehmung 7 einen Winkel von mehr als 180°, so dass das hier ebenfalls, jedoch nicht zwingend ringsegmentförmig ausgebildete Federdämpferelement 8 sowie das Umlenklager 4 gleichermaßen auch durch einen Formschluss in der Ausnehmung 7 gehalten werden.
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3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Rotationsdämpfers 1 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform. Hier ist die Möglichkeit einer mehrstufigen Schwingungsentkopplung zwischen Radaufhängung und Fahrzeugkarosserie gezeigt, wobei das Federdämpferelement 6 zwei Federdämpferelementabschnitte 6a, 6b aufweist, die über ein ringförmiges Verbindungsteil 10 mechanisch bewegungsgekoppelt sind. Dabei entspricht der eine radial äußere Position einnehmende Federdämpferelementabschnitt 6a im Wesentlichen dem in 1 gezeigten Federdämpferelement 6. Der eine im Vergleich radial innere Position einnehmende Federdämpferelementabschnitt 6b liegt in dieser Ausführungsform direkt auf dem Außenumfang des Umlenklagers 4 auf. Selbstverständlich kann jedoch auch hier ein drehfest mit dem Umlenklager 4 verbundenes Bauteil 8 vorgesehen sein, auf dessen Außenumfang der Federdämpferelementabschnitt 6b bewegungsgekoppelt angebunden ist. Das in 3 gezeigte Prinzip lässt sich selbstverständlich auch auf ein mehr als zwei Federdämpferelementabschnitte 6a, 6b, 6i umfassendes Federdämpferelement 6 übertragen. In diesem Fall wäre selbstverständlich eine entsprechende Anzahl an Verbindungsteilen 10 vorzusehen.
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Wenngleich es in den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen nicht gezeigt ist, ist es möglich, dass zwischen dem Hebelelement 5 und dem Dämpferelement 2 ein Getriebe angeordnet ist. Dabei ist wenigstens ein erstes Getriebeelement mit dem Hebelelement 5 bewegungsgekoppelt und über das Hebelelement 5 entsprechend in eine Drehbewegung versetzbar. Ein zweites, mit dem ersten Getriebeelement direkt oder indirekt übersetzt gekoppeltes Getriebeelement wäre mit dem Umlenklager 4 respektive dem damit drehfest verbundenen drehbaren Dämpferteil bewegungsgekoppelt, derart, dass eine Drehbewegung des drehbaren Dämpferteils erfolgt.
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Das Getriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe, Spannungswellengetriebe, Zykloidgetriebe oder Stirnradgetriebe ausgebildet sein.
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4 zeigt schließlich eine Prinzipdarstellung einer möglichen Verbausituation eines Rotationsdämpfers 1 im Bereich einer Kraftfahrzeugachse. Gezeigt ist als Teil eines Kraftfahrzeugs ein Fahrzeugrad 11 nebst Radträger 12, an dem eine Schiebestange 13 angeordnet ist, welche mit dem Hebelelement 5 verbunden ist. Das Hebelelement 5 ist um die Drehachse 14 schwenkgelagert, wobei sich in der Drehachse 14 der erfindungsgemäße Rotationsdämpfer 1 befindet.
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Es wäre auch denkbar, den Rotationsdämpfer 1 unmittelbar in die Drehaufhängung wenigstens eines Querlenkers 15 zu integrieren. Federt das Fahrzeugrad 11 ein oder aus, wird das Hebelelement 5 über die Schiebestange 13 bewegt und um die Drehachse 14 verschwenkt, worüber der erfindungsgemäße Rotationsdämpfer 1 betrieben wird.
