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Die Erfindung betrifft ein Fliehkraftpendel, mit dessen Hilfe ein einer über eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleiteten Drehungleichförmigkeit entgegen gerichtetes Rückstellmoment zur Dämpfung der Drehungleichförmigkeit erzeugt werden kann.
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Ein Fliehkraftpendel weist eine über in entsprechenden Laufbahnen geführte Laufrollen relativ zu einem Trägerflansch verlagerbare Pendelmasse auf, die bei einer Drehzahlschwankung ein entgegen gerichtetes Rückstellmoment erzeugen kann. Die Pendelmasse kann zwischen zwei Trägerflanschteilen des Trägerflanschs geführt sein.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis das Risiko eines Bauteilversagens in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu reduzieren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein geringes Risiko eines Bauteilversagens in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Fliehkraftpendel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Fliehkraftpendel zur Dämpfung von über eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten vorgesehen mit einem mit der Antriebswelle verbindbaren Trägerflansch, mindestens einer relativ zu dem Trägerflansch, insbesondere über Pendelbahnen, pendelbaren Pendelmasse zur Erzeugung eines der Drehungleichförmigkeit entgegen gerichteten Rückstellmoments und einem fliehkraftbedingt nach radial außen elastisch verformbaren Abschaltelement zum reibschlüssigen und/oder formschlüssigen Arretieren der Pendelmasse mit dem Trägerflansch oberhalb einer Abschaltdrehzahl.
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Durch die elastische Verformbarkeit des Abschaltelements ist es möglich, dass das Abschaltelement sich bei einer geringen Drehzahl des Fliehkraftpendel und geringen an dem Abschaltelement angreifenden Fliehkräften auf einem geringeren Nennradius befindet, während sich das Abschaltelement zumindest in Teilen bei einer hohen Drehzahl des Fliehkraftpendel und hohem an dem Abschaltelement angreifenden Fliehkräften auf einem größeren Nennradius befindet. Bei einer die Abschaltdrehzahl übersteigenden Drehzahl des Fliehkraftpendels kann sich das Abschaltelement infolge der an dem Abschaltelement angreifenden Fliehkräfte soweit verformt haben, dass über das Abschaltelement eine reibschlüssige und/oder formschlüssige Abbremsung der Pendelmasse relativ zum Trägerflansch erfolgt. Hierzu kann beispielsweise das Abschaltelement mit dem Trägerflansch verbunden sein und gegen die Pendelmasse drücken oder das Abschaltelement ist mit der Pendelmasse verbunden und kann gegen ein radial außerhalb der Pendelmasse angeordnetes Bauteil des Trägerflansch drücken, um die Pendelmasse reibschlüssig mit dem Trägerflansch zu arretieren. Dadurch kann eine weitere Bewegung der Pendelmasse oberhalb der Abschaltdrehzahl vermieden werden. Unnötig hohe Belastungen auf in der Pendelmasse und/oder in dem Trägerflansch vorgesehenen Bahnen sowie auf in den Bahnen geführten Laufrollen können dadurch vermieden oder zumindest reduziert werden. Das Risiko eines Bauteilversagens des Fliehkraftpendels ist dadurch reduziert. Ein derartiges Fliehkraftpendel kann dadurch insbesondere für Anwendungen mit besonders hohen auftretenden Drehzahlen verwendet werden. Ferner ist es möglich die Komponenten des Fliehkraftpendels für geringere Bauteilbelastungen auszulegen, so dass es beispielsweise möglich ist kostengünstigere Materialen oder kostengünstigere Herstellungsprozesse zu verwenden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können. Beispielsweise kann eine Reduzierung von Einhärttiefen bei einem Härten der Komponenten des Fliehkraftpendels oder sogar ein Entfall von Härteprozessen realisiert werden ohne die Ausfallwahrscheinlichkeit des Fliehkraftpendels signifikant zu erhöhen. Durch die oberhalb der Abschaltdrehzahl erreichte elastischen Verformung des Abschaltelements kann eine Relativbewegung der Pendelmasse zum Trägerflansch gesperrt werden, wodurch unnötige Bauteilbelastungen des Fliehkraftpendels bei hohen Drehzahlen vermieden werden können, so dass ein geringes Risiko eines Bauteilversagens in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Die Formgebung und die Elastizität des Abschaltelements können geeignet gewählt sein, um bei einer vordefinierten Abschaltdrehzahl die Pendelmasse zu bremsen und insbesondere bewegungsfest zu arretieren. Hierbei kann ein in radialer Richtung von dem Abschaltelement durch seine elastische Verformung unter Fliehkrafteinfluss zu überbrückender Abstand geeignet gewählt werden, um bei gegebenen Materialeigenschaften, insbesondere der Elastizität, des Abschaltelements den Abstand zu überwinden. Vorzugsweise kann das Abschaltelement die Pendelmasse in ihrer maximal weit radial außen liegenden Mittellage festsetzen. Hierzu kann das Abschaltelement fliehkraftbedingt ein das die Pendelmasse umgebenes Volumen ausfüllen, so dass die Pendelmasse formschlüssig arretiert ist. Insbesondere kann das Abschaltelement zusätzlich oder alternativ mit einer mit der angreifenden Fliehkraft korrespondierenden Normalkraft an dem Fliehkraftpendel und/oder dem Trägerflansch oder einem anderen Bauteil angreifen, so dass die Pendelmasse reibschlüssig arretiert werden kann. In der arretierten Stellung der Pendelmasse kann die Pendelmasse im Wesentlichen keine Relativbewegung relativ zum Trägerflansch mehr ausüben. Bei einer Drehzahl des Fliehkraftpendels unterhalb der Abschaltdrehzahl kann die Arretierung der Pendelmasse wieder aufgehoben werden, so dass die Pendelmasse sich wieder relativ zum Trägerflansch bewegen kann.
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Die mindestens eine Pendelmasse des Fliehkraftpendels hat unter Fliehkrafteinfluss das Bestreben eine möglichst weit vom Drehzentrum entfernte Stellung anzunehmen. Die „Nulllage“ ist also die radial am weitesten vom Drehzentrum entfernte Stellung, welche die Pendelmasse in der radial äußeren Stellung einnehmen kann. Bei einer konstanten Antriebsdrehzahl und konstantem Antriebsmoment wird die Pendelmasse diese radial äußere Stellung einnehmen. Bei Drehzahlschwankungen lenkt die Pendelmasse aufgrund ihrer Massenträgheit entlang ihrer Pendelbahn aus. Die Pendelmasse kann dadurch in Richtung des Drehzentrums verschoben werden. Die auf die Pendelmasse wirkende Fliehkraft wird dadurch aufgeteilt in eine Komponente tangential und eine weitere Komponente normal zur Pendelbahn. Die tangentiale Kraftkomponente stellt die Rückstellkraft bereit, welche die Pendelmasse wieder in ihre „Nulllage“ bringen will, während die Normalkraftkomponente auf ein die Drehzahlschwankungen einleitendes Krafteinleitungselement, insbesondere eine mit der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors verbundene Schwungscheibe, einwirkt und dort ein Gegenmoment erzeugt, das der Drehzahlschwankung entgegenwirkt und die eingeleiteten Drehzahlschwankungen dämpft. Bei besonders starken Drehzahlschwankungen kann die Pendelmasse also maximal ausgeschwungen sein und die radial am weitesten innen liegende Stellung annehmen. Die in dem Trägerflansch und/oder in der Pendelmasse vorgesehenen Bahnen weisen hierzu geeignete Krümmungen auf. Insbesondere ist mehr als eine Pendelmasse vorgesehen. Insbesondere können mehrere Pendelmassen in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Die träge Masse der Pendelmasse und/oder die Relativbewegung der Pendelmasse zum Trägerflansch ist insbesondere zur Dämpfung eines bestimmten Frequenzbereichs von Drehungleichförmigkeiten, insbesondere einer Motorordnung des Kraftfahrzeugmotors, ausgelegt. Insbesondere ist mehr als eine Pendelmasse und/oder mehr als ein Trägerflansch vorgesehen. Beispielsweise weist der Trägerflansch zwei Trägerflanschteile auf, zwischen denen in axialer Richtung die Pendelmasse angeordnet ist.
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Insbesondere ist das Abschaltelement aus einem gummielastischen Material und/oder einem Kunststoffmaterial hergestellt. Dadurch weist das Abschaltelement eine ausreichende Elastizität auf, dass sich das Abschaltelement unter Fliehkrafteinfluss elastisch verformen kann. Ferner kann ein hoher Reibungskoeffizient zwischen dem Material des Abschaltelements und dem Material der Pendelmasse erreicht werden, so dass bereits bei einer vergleichsweise niedrigen fliehkraftbedingten Normalkraft die Pendelmasse arretiert werden kann.
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Vorzugsweise weist die Pendelmasse einen in radialer Richtung abstehenden Steg auf, wobei der Steg in einer gemeinsamen Radialebene mit dem Abschaltelement entlang einer mit dem Abschaltelement gemeinsamen gedachten in radialer Richtung verlaufenden Radiallinie angeordnet ist. Durch die Länge des Stegs in radialer Richtung kann der radiale Abstand eingestellt werden, um den sich das Abschaltelement unter Fliehkrafteinfluss elastisch verformen muss bis die Pendelmasse arretiert werden kann. Durch eine Anpassung der radialen Länge des Stegs, der auf das Abschaltelement in radialer Richtung zuweist oder mit dem das Abschaltelement verbunden ist, kann eine gewünschte Abschaltdrehzahl leicht eingestellt werden ohne weitere Änderungen am Fliehkraftpendel vornehmen zu müssen. Der Steg kann insbesondere durch ein Zwischenblechs der Pendelmasse ausgebildet werden, so dass sich für die Querschnittsfläche eine stufenförmige, insbesondere grob V-förmige, Gestaltung ergibt. Die Pendelmasse kann hierzu insbesondere aus mehreren übereinander angeordneten und miteinander verbundenen Blechen zusammengesetzt sein. Durch den abstehenden Steg kann zusätzlich die träge Masse der Pendelmasse vergrößert werden.
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Besonders bevorzugt bildet das Abschaltelement einen Endanschlag zur Begrenzung eines maximalen Schwingwinkels der Pendelmasse relativ zum Trägerflansch aus. Dadurch kann ein separat ausgeführter Endanschlag eingespart werden. Die Elastizität des Abschaltelements kann dadurch gleichzeitig zur Dämpfung von Anschlaggeräuschen der Pendelmasse bei Erreichung des maximal zugelassenen Schwingwinkels genutzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abschaltelement radial innen zu der Pendelmasse mit dem Trägerflansch verbunden, wobei das Abschaltelement oberhalb der Abschaltdrehzahl die Pendelmasse fliehkraftbedingt von radial innen her kontaktiert. Bei stillstehendem Fliehkraftpendel kann das Abschaltelement radial innen, insbesondere an dem Trägerflansch flächig anliegen. Unter Fliehkrafteinfluss kann sich das Abschaltelement elastisch aufweiten und gegen die Pendelmasse drücken, wodurch die Pendelmasse gebremst und arretiert werden kann. Eine Abschaltung der Relativbewegung der Pendelmasse oberhalb der Abschaltdrehzahl kann dadurch mit leicht umzusetzende konstruktive Maßnahmen erreicht werden.
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Insbesondere weist das Abschaltelement einen in Umfangsrichtung geschlossenen Ringkörper auf. Das Abschaltelement kann dadurch in radialer Richtung verliersicher mit dem Trägerflansch verbunden sein. Die elastische Verformung des Abschaltelements unter Fliehkrafteinfluss kann somit nicht dazu führen, dass das Abschaltelement von dem Fliehkraftpendel gelöst wird.
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Vorzugsweise ist das Abschaltelement in Umfangsrichtung zwischen zwei in Umfangsrichtung nachfolgenden Pendelmassen mit dem Trägerflansch verbunden. An der Befestigungsstelle des Abschaltelements mit dem Trägerflansch kann das Abschaltelement im Wesentlichen nicht von dem Abschaltelement abheben. Da das Abschaltelement in Umfangsrichtung zu der jeweiligen Pendelmasse versetzt mit dem Trägerflansch verbunden ist, kann das Abschaltelement im Wesentlichen mittig zwischen den Befestigungsstellen des Abschaltelements und somit im Wesentlichen mittig zur in ihrer Mittellage befindlichen Pendelmasse eine besonders große Distanz unter Fliehkrafteinfluss überbrücken, so dass die Pendelmasse besonders leicht in ihrer Mittellage von dem Abschaltelement arretiert werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Abschaltelement radial außen mit der Pendelmasse verbunden, wobei radial außerhalb zur Pendelmasse ein insbesondere mit dem Trägerflansch verbundener Berstschutz vorgesehen ist, wobei das Abschaltelement oberhalb der Abschaltdrehzahl den Berstschutz fliehkraftbedingt von radial innen her kontaktiert. Das Abschaltelement kann dadurch mit der Pendelmasse mitbewegt werden und dadurch die träge Masse der Pendelmasse erhöhen. Der in diesem Fall sowieso vorgesehene Berstschutz, der die Pendelmasse radial außen umgreift, kann dabei gleichzeitig zur Arretierung der Pendelmasse oberhalb der Abschaltdrehzahl genutzt werden. Hierbei kann sich das mit der Pendelmasse verbundene Abschaltelement unter Fliehkrafteinfluss soweit nach radial außen elastisch verformen, bis das Abschaltelement den Berstschutz kontaktiert und eine Relativbewegung der Pendelmasse relativ zu dem Berstschutz, der insbesondere mit dem Trägerflansch fest verbunden ist, sperren kann. Eine Abschaltung der Relativbewegung der Pendelmasse oberhalb der Abschaltdrehzahl kann dadurch mit leicht umzusetzende konstruktive Maßnahmen erreicht werden.
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Insbesondere weist das Abschaltelement mindestens einen nach radial innen abstehenden Haltekopf zur Befestigung des Abschaltelements mit dem Trägerflansch oder mit der Pendelmasse auf, wobei der Haltekopf durch eine Bewegung in axialer Richtung in eine Hinterschneidung des Trägerflanschs oder der Pendelmasse eingesetzt ist. Ein Lösen des Abschaltelements unter Fliehkrafteinfluss kann durch den in der Hinterschneidung eingesetzten Haltekopf vermieden werden. Gleichzeitig ist eine einfache Montage gewährleistet, indem zur Befestigung des Abschaltelements lediglich der Haltekopf durch eine Bewegung in axialer Richtung seitlich in die Hinterschneidung eingebracht werden kann.
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Vorzugsweise ist ein mit dem Trägerflansch oder mit der Pendelmasse verbundener Haltebolzen vorgesehen, wobei der Haltebolzen das Abschaltelement in axialer Richtung durchdringt. Der das Material des Abschaltelements durchdringende Haltebolzen kann das Abschaltelement unter Fliehkrafteinfluss verliersicher halten.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht in axialer Richtung eines Fliehkraftpendels bei einer niedrigen Drehzahl und ohne Drehzahlschwankung,
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2: eine schematische Schnittansicht in axialer Richtung des Fliehkraftpendels aus 1 bei einer niedrigen Drehzahl und einer hohen Drehzahlschwankung,
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3: eine schematische Schnittansicht in axialer Richtung des Fliehkraftpendels aus 1 bei einer hohen Drehzahl,
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4: eine schematische Schnittansicht in Umfangsrichtung entlang der Linie Y-Y des Fliehkraftpendels aus 3,
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5: eine schematische Schnittansicht in Umfangsrichtung entlang der Linie Y-Y des Fliehkraftpendels aus 2,
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6: eine schematische Schnittansicht in Umfangsrichtung einer Alternative des Fliehkraftpendels aus 5,
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7: eine schematische Schnittansicht in Umfangsrichtung in einer zu dem Fliehkraftpendel aus 2 verdrehten Schnittebene
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8: eine schematische Schnittansicht in Umfangsrichtung eines alternativen Fliehkraftpendels bei einer niedrigen Drehzahl und
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9: eine schematische Schnittansicht des Fliehkraftpendels aus 8 bei einer hohen Drehzahl.
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Das in 1 dargestellte Fliehkraftpendel 10 weist einen Trägerflansch 12 auf, der beispielsweise mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors, mit einem mit der Antriebswelle verbundenen Einmassenschwungrad, mit einer Primärseite oder Sekundärseite eines mit der Antriebswelle verbundenen Zweimassenschwungrad oder einem anderen drehenden Bauteil im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verbunden sein kann. Das Fliehkraftpendel 10 weist mehrere, beispielsweise vier, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Pendelmassen 14 auf, die über in Pendelbahnen 16 der Pendelmassen 14 und Laufbahnen des Trägerflanschs 12 geführte Laufrollen 18 relativ zu dem Trägerflansch 12 pendelbar an dem Trägerflansch 10 geführt sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit dem Trägerflansch 12 ein gummielastisches im Wesentlichen ringförmiges Abschaltelement 20 verbunden, das beispielsweise aus einem Elastomer hergestellt ist. Hierzu weist das Abschaltelement 20 nach radial innen abstehende Halteköpfe 22 auf, die in korrespondierende in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei nachfolgende Pendelmassen 14 in dem Trägerflansch 12 ausgebildete Hinterschneidungen 24 in radialer Richtung verliersicher eingesetzt sind, wie in 7 dargestellt.
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Wenn in das Fliehkraftpendel 10 bei einer niedrigen Drehzahl unterhalb einer definierten Abschaltdrehzahl Drehschwingungen eingeleitet werden, können die Pendelmassen 14 infolge ihrer trägen Masse und der Krümmung der Pendelbahnen 16 und Laufbahnen auf einen niedrigeren Radius verlagert werden, wie in 2 und 5 dargestellt, wodurch ein der Drehschwingung entgegen gerichtetes Rückstellmoment erzeugt wird. Das Abschaltelement 20 liegt in dieser Situation an dem Trägerflansch 12 flächig an und ist in radialer Richtung zu der Pendelmasse 14 beabstandet. Es ist aber auch möglich, dass das Abschaltelement 20 zwischen den Pendelmassen 14 nach radial außen absteht, um einen gedämpften Endanschlag für die Pendelmassen 14 auszubilden, wenn die Pendelmassen 14 einen maximal vorgesehenen Schwingwinkel erreichen, wie in 6 dargestellt.
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Wenn das Fliehkraftpendel 10 mit einer hohen Drehzahl oberhalb der Abschaltdrehzahl rotiert, kann das Abschaltelement 20 infolge der an dem Abschaltelement 20 angreifenden Fliehkraft zwischen den in den Hinterschneidungen 24 eingesetzten Halteköpfen 22 nach radial außen elastisch verformt werden, wie in 3 und 4 dargestellt. Das Halteelement 20 kann dadurch von radial innen her gegen die jeweilige Pendelmasse 14 drücken und dadurch die Pendelmasse 14 reibschlüssig arretieren. Wie in 4 zu sehen ist, weist die Pendelmasse 14 einen nach radial innen abstehenden Steg 26 auf, wodurch der radiale Abstand, den das Abschaltelement 20 unter Fliehkrafteinfluss durch seine elastische Verformung überwinden muss, eingestellt werden kann. Dadurch kann eine gewünschte Abschaltdrehzahl eingestellt werden.
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Der Trägerflansch 12 weist ein erstes Trägerflanschteil 28 und ein zweites Trägerflanschteil 30 auf, zwischen denen die Pendelmasse 14 geführt ist. Dadurch kann auch das Abschaltelement 20 zwischen den Trägerflanschteilen 28, 30 angeordnet sein, so dass das Abschaltelement 20 auch in axialer Richtung verliersicher mit dem Trägerflansch 12 verbunden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des Fliehkraftpendels 10 kann das Abschaltelement 20 mit der Pendelmasse 14 verbunden sein, wie in 8 dargestellt. Hierzu kann die Pendelmasse 14 beispielweise einen das Material des Abschaltelements 20 durchdringenden, insbesondere als Nietverbindung ausgestalteten, Haltebolzen 32 aufweisen, der beispielweise verschiedene Metallbleche der Pendelmasse 14 miteinander verbindet. Oberhalb der Abschaltdrehzahl kann das Abschaltelement unter Fliehkrafteinfluss nach radial außen aus dem Radialbereich der Pendelmasse 14 heraus elastisch verformt werden, wie in 9 dargestellt. Das Abschaltelement 20 kann dadurch einen die Pendelmasse 14 radial außen überdeckenden Berstschutz 34 kontaktieren, wodurch die Pendelmasse 14 reibschlüssig arretiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fliehkraftpendel
- 12
- Trägerflansch
- 14
- Pendelmasse
- 16
- Pendelbahn
- 18
- Laufrolle
- 20
- Abschaltelement
- 22
- Haltekopf
- 24
- Hinterschneidung
- 26
- Steg
- 28
- erstes Trägerflanschteil
- 30
- zweites Trägerflanschteil
- 32
- Haltebolzen
- 34
- Berstschutz
