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Die Erfindung betrifft eine Schwingungsisolationseinrichtung zur Isolation von Drehschwingungen einer Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem um eine Drehachse angeordneten Drehschwingungsdämpfer mit zwei entgegen der Wirkung einer ersten Federeinrichtung relativ um die Drehachse verdrehbar angeordneten Dämpferteilen und zumindest einem zumindest einem der Dämpferteile zugeordneten Drehschwingungstilger.
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Gattungsgemäße Schwingungsisolationseinrichtungen dienen der Isolation von Drehschwingungen nach den beiden grundsätzlichen Funktionen einer Drehschwingungsdämpfung und einer Drehschwingungstilgung. Drehschwingungsdämpfer, beispielsweise in Form von Zweimassenschwungrädern mit einer zwischen zwei um eine gemeinsame Drehachse begrenzt verdrehbaren Schwungmassen angeordneten Federeinrichtung sind beispielsweise aus der
DE 10 2009 042 825 A1 bekannt. Wie in diesem Dokument offenbart, kann derartigen Drehschwingungsdämpfern ein drehzahladaptiver Drehschwingungstilger zugeordnet sein.
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Konventionelle Drehschwingungstilger sind aus Antriebssträngen als Riemenscheibendämpfer beispielsweise aus der
DE 41 03 213 A1 oder als Kurbelwellendämpfer beispielsweise aus der
DE 198 40 664 A1 hinreichend bekannt. Hierbei ist eine um eine Drehachse angeordnete Tilgermasse mittels einer in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung drehelastisch angeordnet. Derartige Drehschwingungstilger sind durch entsprechende Auslegung der Tilgermasse und der Federeinrichtung auf eine vorgegebene Schwingungsfrequenz ausgelegt.
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Desweiteren sind drehzahladaptive Drehschwingungstilger in Form von Fliehkraftpendeln beispielsweise aus der
DE 10 2012 221 956 A1 bekannt. Derartige drehzahladaptive Drehschwingungstilger entfalten ihre Wirkung erst bei größeren Drehzahlen mit ausreichender Fliehkraft.
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Bei Antriebssträngen mit Brennkraftmaschinen, die bei geringen Drehzahlen bereits hohe nutzbare Drehmomente erzeugen, ist eine Drehschwingungsisolation bereits bei geringen Drehzahlen, beispielsweise bei Drehzahlen bereits unter 1000 rpm notwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Schwingungsisolationseinrichtung insbesondere zur Drehschwingungsisolation über einen großen Drehzahlbereich. Insbesondere soll eine derartige Schwingungsisolationseinrichtung bereits bei niedrigen Drehzahlen eine Schwingungsisolation erzielen, ohne eine Schwingungsisolation im übrigen Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu vernachlässigen. Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Die vorgeschlagene Schwingungsisolationseinrichtung dient der Isolation von Drehschwingungen einer Brennkraftmaschine in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs über den gesamten Drehzahlbereich. Insbesondere wird die Drehschwingungsisolation bei Betriebsbereichen moderner Brennkraftmaschinen beispielsweise mit einem bereits bei geringen Drehzahlen zur Verfügung stehenden hohen Drehmoment verbessert. Die Schwingungsisolationseinrichtung enthält einen um eine Drehachse angeordneten Drehschwingungsdämpfer mit zwei entgegen der Wirkung einer ersten Federeinrichtung relativ um die Drehachse verdrehbar angeordneten Dämpferteilen, welche die Federeinrichtung jeweils eingangsseitig und ausgangsseitig beaufschlagen. Die Federeinrichtung kann aus über den Umfang verteilt angeordneten Schraubendruckfedern, beispielsweise Bogenfedern gebildet sein. Zumindest einem der Dämpferteile ist zumindest ein Drehschwingungstilger zugeordnet.
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Die vorgeschlagene Schwingungsisolationseinrichtung enthält zwei Drehschwingungstilger, nämlich einen drehzahladaptiven Drehschwingungstilger und einen konventionellen, mit einer mittels einer in Umfangsrichtung wirksamen zweiten Federeinrichtung begrenzt gegenüber dem Dämpferteil verdrehbaren Tilgermasse versehenen Drehschwingungstilger.
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Der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad mit jeweils einer einem Dämpferteil zugeordneten Schwungmasse ausgebildet sein. Hierbei kann ein als Eingangsteil ausgebildetes Dämpferteil direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden und im Wesentlichen aus zwei Blechteilen gebildet sein, die einen Ringraum für die Federeinrichtung bilden, einen Anlasserzahnkranz und/oder Zusatzmassen aufnehmen können. Weiterhin kann ein Geberring für die Steuerung der Brennkraftmaschine am Außenumfang des Eingangsteils aufgenommen sein. Das Eingangsteil beaufschlagt beispielsweise mittels Anprägungen der Blechteile die Federeinrichtung eingangsseitig. Das als Ausgangsteil ausgebildete Dämpferteil kann als Sekundärschwungmasse ausgebildet sein, die beispielsweise eine Gegendruckplatte für eine Kupplungsdruckplatte aufweist und die Kupplungsdruckplatte zur Bildung einer Reibungskupplung aufnimmt. In einer weiteren Ausführungsform kann das Ausgangsteil beispielsweise mittels eines Nabenflanschs, einer Steckverbindung, einer Flexplate oder dergleichen mit einem sich anschließenden Antriebsstrangaggregat, beispielsweise einer Doppelkupplung, einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder dergleichen drehschlüssig verbunden sein. Hierbei kann das Antriebsstrangaggregat zumindest einen Teil einer Sekundärschwungmasse des Zweimassenschwungrads bereitstellen.
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Die beiden Drehschwingungstilger können jeweils einem einzigen Dämpferteil zugeordnet sein. In bevorzugter Weise ist jedem der Dämpferteile ein Drehschwingungstilger zugeordnet. In bevorzugter Weise kann dem Eingangsteil des Drehschwingungsdämpfers der konventionelle und dem Ausgangsteil der drehzahladaptive Drehschwingungstilger zugeordnet sein.
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Der drehzahladaptive Drehschwingungstilger kann als Fliehkraftpendel ausgebildet sein. Das Fliehkraftpendel enthält einen Pendelmassenträger, der mit einem der beiden Dämpferteile, bevorzugt mit dem Ausgangsteil fest verbunden ist. Die Tilgermasse des Fliehkraftpendels enthält über den Umfang verteilt angeordnete, um eine radial zu der Drehachse beabstandete Pendelachse pendelfähig an dem Pendelmassenträger angeordnete Pendelmassen. Die Pendelmassen sind dabei exzentrisch zur Drehachse pendelnd beispielsweise mittels Pendellagern an dem Pendelmassenträger aufgehängt und nehmen unter Fliehkrafteinwirkung ihre Arbeitsposition ein, die durch die Drehschwingungen unter Energieaufnahme verstimmt wird, so dass ein tilgender Effekt auftritt. Die Pendellager sind hierbei aus komplementär zueinander ausgebildeten Laufbahnen in dem Pendelmassenträger und in den Pendelmassen gebildet, auf denen jeweils ein Wälzkörper, beispielsweise eine Pendelrolle abwälzt. Die Pendellager bilden dabei eine vorgegebene Pendelbewegung ab, die kreisbogenförmig oder in nahezu jeder beliebigen Form ausgebildet, beispielsweise gegenüber der Kreisbogenform so verstimmt, beispielsweise endseitig mit verringertem Radius versehen sein kann, dass Anschläge der Pendelmassen an den maximalen Schwingwinkeln unwahrscheinlich sind. Die Pendellager werden beispielsweise mittels Ausnehmungen in dem Pendelmassenträger und in den Pendelmassen dargestellt, wobei an den Ausnehmungen entsprechend ausgebildete Laufbahnen vorgesehen sind, auf denen die Laufbahnen übergreifende Wälzkörper wie Pendelrollen oder dergleichen abwälzen. Die Laufbahnen können im einfachsten Fall eine monofilare Aufhängung der Pendelmassen im Sinne eines Fadenpendels abbilden, es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, eine bifilare Aufhängung der Pendelmassen mittels zwei in Umfangsrichtung beabstandeter Pendellager abzubilden. Hierbei kann eine einer parallelen Anordnung der Pendelfäden entsprechende Pendelbewegung vorgesehen sein. Bevorzugt wird eine einer trapezförmigen Anordnung der Pendelfäden entsprechende Pendelführung vorgeschlagen, bei der die Pendelmassen zusätzlich während der Pendelbewegung eine Eigenrotation ausführen, so dass eine zusätzliche Massenträgheit und damit eine verbesserte Isolationswirkung vorgesehen werden kann.
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Hierbei hat das Fliehkraftpendel vorteilhafterweise eine drehzahladaptive Antiresonanzstelle an den Drehschwingungsmaxima der Brennkraftmaschine. Dies bedeutet, dass sich die Isolationswirkung gegenüber dem übrigen Antriebsstrang an die Drehzahl der Brennkraftmaschine anpasst. Für den Drehzahlbereich, bei dem das Fliehkraftpendel infolge noch nicht ausreichender Fliehkraft bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine einen verringerten Wirkungsgrad aufweist, ist der konventionelle Drehschwingungstilger vorgesehen. Da die Antiresonanzstelle eines konventionellen Drehschwingungstilgers unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, wird dieser in bevorzugter Weise auf eine Drehzahl unterhalb des Drehzahlbereichs, in dem das Fliehkraftpendel wirksam ist, abgestimmt und damit die Isolationswirkung der Schwingungsisolationseinrichtung auf einen Bereich bei kleinen Drehzahlen, beispielsweise bei Drehzahlen kleiner 1000 rpm, in dem moderne Brennkraftmaschinen bereits ausreichende Drehmomente entwickeln, erweitert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Pendelmassenträger als Pendelflansch ausgebildet sein, an dem beidseitig und über den Umfang verteilt Pendelmassen angeordnet sind. Hierbei können axial gegenüberliegende Pendelmassen mittels Verbindungsmitteln, die an entsprechenden Ausnehmungen den Pendelflansch durchgreifen, zu Pendelmasseneinheiten verbunden sein. Die Pendellager sind in dieser Ausführungsform zwischen den Pendelmasseneinheiten und dem Pendelflansch gebildet, indem jeweils ein Wälzkörper die axial in Linie angeordneten Ausnehmungen durchgreift und auf den diesen zugeordneten Laufbahnen abwälzt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Fliehkraftpendel einen aus zwei Seitenteilen gebildeten Pendelmassenträger enthalten, welche Seitenteile zumindest an einem Aufnahmebereich axial zueinander beabstandet sind. In diesem Aufnahmebereich sind über den Umfang verteilt und pendelfähig Pendelmassen aufgenommen. Die Pendellager werden in diesem Ausführungsbeispiel durch Ausnehmungen und Laufbahnen in den Seitenteilen und in den Pendelmassen gebildet, wobei jeweils ein Wälzkörper axial in Linie angeordnete Ausnehmungen durchgreift und auf deren Laufbahnen abwälzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist eines der beiden Scheibenteile wie Blechteile, die das Eingangsteil und die Ringkammer für die erste Federeinrichtung bilden, einen radial beispielsweise nach innen ausgerichteten Flansch zur Aufnahme der zweiten Federeinrichtung auf. Bevorzugt ist das der Kurbelwelle abgewandte, mit dem mit der Kurbelwelle verbundenen Scheibenteil verbundene, beispielsweise verschweißte, als Deckelteil der Ringkammer ausgebildete Scheibenteil radial innen mit dem Flansch versehen. In vorteilhafter Weise sind in dem Flansch über den Umfang verteilt Fenster ausgenommen, in die die Schraubenfedern der zweiten Federeinrichtung aufgenommen sind. Der Flansch kann hierbei von zwei die zweite Federeinrichtung beaufschlagenden Seitenteilen flankiert sein, die miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt beispielsweise mittels Abstandsbolzen oder dergleichen, die unter Beibehaltung eines ausreichenden Verdrehspiels der Tilgermasse gegenüber dem Flansch den Flansch durchgreifen. Desweiteren übernehmen die Seitenteile die axiale Führung der Federeinrichtung, beispielsweise eine Verliersicherung der Schraubenfedern dieser. Eines der Seitenteile nimmt dabei die Tilgermasse des konventionellen Drehschwingungstilgers auf und ist mit dieser beispielsweise vernietet. Die Tilgermasse kann aus Blech gestanzt und geformt hergestellt sein.
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Der konventionelle Drehschwingungstilger, insbesondere dessen Tilgermasse übergreift den drehzahladaptiven Drehschwingungstilger radial außen axial. Beispielsweise kann die Tilgermasse einen radial ausgebildeten, beispielsweise angeformten Ansatz aufweisen. Auf diese Weise kann der konventionelle Drehschwingungstilger einen Berstschutz für den drehzahladaptiven Drehschwingungstilger bilden.
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Zur ausgangsseitigen Beaufschlagung der ersten Federeinrichtung des Drehschwingungsdämpfers kann das Ausgangsteil ein im Wesentlichen radial ausgerichtetes Flanschteil aufweisen, welches radial außen über radial erweiterte Arme verfügt, die von radial innen zwischen die Stirnseiten von Schraubendruckfedern eingreifen und diese in Umfangsrichtung ausgangsseitig beaufschlagen. Je nach Ausbildung des Drehschwingungsdämpfers als Zweimassenschwungrad mit integrierter Schwungmasse oder über eine drehschlüssig angebundene externe Sekundärschwungmasse kann dieses Flanschteil mit der Sekundärschwungmasse oder einem den Drehschluss bereitstellenden Bauteil, beispielsweise einem Nabenflansch verbunden, beispielsweise vernietet sein. Es hat sich hierbei als vorteilhaft erwiesen, wenn der Pendelmassenträger des Fliehkraftpendels an dieser Vernietung aufgenommen ist.
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Insbesondere aus Gründen der Bauraumoptimierung können sich Bauteile der beiden Drehschwingungstilger überschneiden. Einer unterschiedlichen Relativverdrehung der Drehschwingungstilger wird dabei dadurch Rechnung getragen, dass Ausnehmungen in zumindest einem der sich überschneidenden Bauteile den sich gegebenenfalls ergebenden Verdrehwinkel der Drehschwingungstilger infolge eines Verdrehwinkels der beiden Dämpferteile vorgehalten ist. Beispielsweise kann der konventionelle Drehschwingungstilger radial einen axialen Bereich des Pendelmassenträgers überschneiden, wobei in dem Pendelmassenträger entsprechende Ausnehmungen vorgesehen sind.
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Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt den oberen Teil einer um eine Drehachse angeordneten Schwingungsisolationseinrichtung im Schnitt.
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Die um die Drehachse d angeordnete Schwingungsisolationseinrichtung 1 enthält den Drehschwingungsdämpfer 2, den konventionellen Drehschwingungstilger 3 und den als Fliehkraftpendel ausgebildeten drehzahladaptiven Drehschwingungstilger 4. Der Drehschwingungsdämpfer 2 ist als Zweimassenschwungrad 5 mit dem die Primärschwungmasse bildenden eingangsseitigen Dämpferteil 6 ausgebildet. Das als Eingangsteil ausgebildete Dämpferteil 6 des Drehschwingungsdämpfers 2 und damit der Schwingungsisolationseinrichtung 1 enthält das Scheibenteil 7, welches mit der Kurbelwelle verbunden wie verschraubt ist. Mit dem Scheibenteil 7 ist das Scheibenteil 8 verbunden wie verschweißt. Die Scheibenteile 7, 8 bilden die nach innen offene Ringkammer 9, in der die Federeinrichtung 10 untergebracht ist. Die Federeinrichtung 10 ist aus den über den Umfang verteilt angeordneten Bogenfedern 11 gebildet, die eingangsseitig von nicht dargestellten Einzügen der Scheibenteile 7, 8 beaufschlagt werden, welche jeweils zwischen die Stirnseiten benachbarter Bogenfedern 11 eingreifen. Das Scheibenteil 7 enthält den Anlasserzahnkranz 12 und das Scheibenteil 8 ist axial in die entgegengesetzte Seite des Anlasserzahnkranzes 12 insbesondere zur Erhöhung der Primärschwungmasse umgelegt.
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Das als Ausgangsteil ausgebildete Dämpferteil 13 des Drehschwingungsdämpfers 2 und damit der Schwingungsisolationseinrichtung 1 ist aus dem Nabenflansch 14 gebildet, der drehschlüssig mit einem nicht im Detail dargestellten Antriebsstrangaggregat 15, beispielsweise einer Doppelkupplung verbunden ist. Das Antriebsstrangaggregat 15 bildet einen wesentlichen Teil der Sekundärschwungmasse des Zweimassenschwungrads 5. Der Nabenflansch 14 ist mit dem Flanschteil 16 und dem als Pendelflansch 17 ausgebildeten Pendelmassenträger 18 des Fliehkraftpendels 19 mittels der Niete 20 verbunden. Das Flanschteil 16 beaufschlagt mittels der radial nach außen in die Ringkammer 9 erweiterten, zwischen die Stirnseiten benachbarter Bogenfedern 11 eingreifenden Arme 22 die Federeinrichtung 10 ausgangsseitig.
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An dem Innenumfang des Scheibenteils 8 und damit eingangsseitig ist der konventionelle Drehschwingungstilger 3 angeordnet. Hierzu weist das Scheibenteil 8 den radial nach innen erweiterten Flansch 24, in dem über den Umfang verteilt angeordnete Fenster 23 ausgenommen sind, auf. In den Fenstern 23 sind die Schraubendruckfedern 25 der Federeinrichtung 26 aufgenommen und werden in Umfangsrichtung von diesen beaufschlagt. Beidseitig des Flansches 24 sind Seitenteile 27, 28 mit Fenstern 29, 30 angeordnet, die in nicht einsehbarer Weise miteinander verbunden sind und die die Schraubendruckfedern 25 axial verliergesichert aufnehmen und in Umfangsrichtung beaufschlagen. An dem Seitenteil 28 ist mittels der Niete 31 die Tilgermasse 32 vernietet aufgenommen. Die Tilgermasse 32 ist insbesondere zu Erhöhung deren Masse und zu Bildung eines Berstschutzes des Fliehkraftpendels 19 mit dem axialen Ansatz 33 versehen, der im Wesentlichen radial innen beabstandet und parallel zu dem axialen Ansatz des Scheibenteils 8 ausgebildet ist.
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Der drehzahladaptive Drehschwingungstilger 4 in Form des Fliehkraftpendels 19 ist ausgangsseitig des Drehschwingungsdämpfers 2 angeordnet. Der Pendelflansch 17 ist radial innen mit dem Nabenflansch 14 und dem Flanschteil 16 verbunden. Der Pendelflansch 17 ist derart gekröpft ausgebildet, dass der Aufnahmebereich 34 an dem Nabenflansch 14 und der Aufnahmebereich 35 zur beidseitigen Aufnahme der Pendelmassen 38 axial beabstandet sind. Der zwischen diesen Aufnahmebereichen 34, 35 vorgesehene Zwischenbereich 36 weist über den Umfang angeordnete Ausnehmungen 21 auf, in die entsprechende Umfangssegmente 37 des konventionellen Drehschwingungstilgers 3 zur Optimierung des Bauraums radial eintauchen. Die Ausnehmungen 21 und Umfangssegmente 37 sind so aufeinander abgestimmt, dass eine Verdrehbarkeit der Dämpferteile 6, 13 entgegen der Wirkung der Federeinrichtung 10 in ausreichendem Maße und ohne Anschläge erhalten bleibt.
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Die Schwingungsisolationseinrichtung 1 dämpft Drehschwingungen mittels des Drehschwingungsdämpfers 2. Für kleinere Drehzahlen, beispielsweise Drehzahlen kleiner 1000 rpm ist zusätzlich der direkt dem eingangsseitigen Dämpferteil 6 zugeordnete konventionelle Drehschwingungstilger 3 mit einer festen Tilgerfrequenz vorgesehen. Bei höheren Drehzahlen mit ausreichender Fliehkraft ist der auf eine oder mehrere Schwingungsordnungen der Brennkraftmaschine abgestimmte drehzahladaptive und ausgangsseitig angeordnete Drehschwingungstilger 4 in Form des Fliehkraftpendels 19 in an sich bekannter Weise ausgangsseitig wirksam.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsisolationseinrichtung
- 2
- Drehschwingungsdämpfer
- 3
- Drehschwingungstilger
- 4
- Drehschwingungstilger
- 5
- Zweimassenschwungrad
- 6
- Dämpferteil
- 7
- Scheibenteil
- 8
- Scheibenteil
- 9
- Ringkammer
- 10
- Federeinrichtung
- 11
- Bogenfeder
- 12
- Anlasserzahnkranz
- 13
- Dämpferteil
- 14
- Nabenflansch
- 15
- Antriebsstrangaggregat
- 16
- Flanschteil
- 17
- Pendelflansch
- 18
- Pendelmassenträger
- 19
- Fliehkraftpendel
- 20
- Niet
- 21
- Ausnehmung
- 22
- Arm
- 23
- Fenster
- 24
- Flansch
- 25
- Schraubendruckfeder
- 26
- Federeinrichtung
- 27
- Seitenteil
- 28
- Seitenteil
- 29
- Fenster
- 30
- Fenster
- 31
- Niet
- 32
- Tilgermasse
- 33
- axialer Ansatz
- 34
- Aufnahmebereich
- 35
- Aufnahmebereich
- 36
- Zwischenbereich
- 37
- Umfangssegment
- 38
- Pendelmasse
- d
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009042825 A1 [0002]
- DE 4103213 A1 [0003]
- DE 19840664 A1 [0003]
- DE 102012221956 A1 [0004]
