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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer für eine Kupplungsscheibe eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einem Mitnehmerelement, das über in Reihe schaltbaren elastischen Elementen mit Hilfe von einem Ausgangsflansch mit einer Nabe einer Getriebeeingangswelle koppelbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kupplungsscheibe mit einem derartigen Drehschwingungsdämpfer.
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Zunehmend werden Verbrennungsmotoren entwickelt, bei denen in bestimmten Fahrsituationen ein Teil der Zylinder abgeschaltet werden, um Kraftstoff zu sparen.
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Für diese Applikationen werden Zweimassenschwungräder in Kombination mit Torsionsdämpfer-Kupplungsscheiben verwendet.
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Da die Anregerfrequenz des Verbrennungsmotors im Zylinderabschaltbetrieb sich reduziert, verschiebt sich die Resonanzdrehzahl mit der Triebstrangeigenfrequenz zu höheren Drehzahlen. Um dies zu kompensieren, werden heute schon zweistufige Kupplungsscheiben-Torsionsdämpfer eingesetzt, die eine möglichst weiche 1. Stufe aufweisen und das durch die Zylinderabschaltung reduzierte Moment abfangen. Diese Zweistufigkeit wird nach dem heutigen Stand der Technik durch Freiwinkel im Nabenflansch realisiert. Da jedoch die Federsteifigkeit der 1. Stufe, die die Drehmomente im Zylinderabschaltbetrieb aufnimmt, noch relativ hoch ist, kann die Resonanz nicht unter die Leerlaufdrehzahl geschoben werden. Unterhalb einer gewissen Drehzahl muss daher wieder auf die volle Zylinderzahl umgeschaltet werden.
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Es besteht daher ein ständiges Bedürfnis einen Drehschwingungsdämpfer für eine Kupplungsscheibe zur Verfügung zu stellen, die eine Torsionskennlinie mit sehr niedriger Federsteifigkeit im Zylinderabschaltbetrieb aufweist, um die Umschaltdrehzahl möglichst in einen kleinen Drehzahlbereich zu verschieben.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Drehschwingungsdämpfer für eine Kupplungsscheibe zu schaffen, mit der eine Torsionskennlinie mit sehr niedriger Federsteifigkeit im Zylinderabschaltbetrieb realisierbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Drehschwingungsdämpfer 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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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer für eine Kupplungsscheibe eines Kraftfahrzeugs mit mindestens einem Mitnehmerelement, das über in Reihe schaltbare erste elastische Elemente und zweite elastische Elemente mit Hilfe von einem Ausgangsflansch mit einer Nabe einer Getriebeeingangswelle zur Übertragung eines Drehmoments koppelbar ist, einem Zwischenflansch, der relativ zu dem Ausgangsflansch sowie der Nabe verdrehbar ist und an dem zwei einander zugewandte Enden der ersten elastischen Elemente und zweiten elastischen Elemente anliegen, deren voneinander abgewandten Enden an dem Ausgangsflansch anliegen, wobei die ersten elastischen Elemente und die zweiten elastischen Elemente unterschiedliche Federsteifigkeiten aufweisen.
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Dabei kann der Zwischenflansch einerseits dazu dienen, die einander zugewandten Enden der ersten elastischen Elemente und der zweiten elastischen Elemente zu führen. Weiterhin kann der Zwischenflansch dazu dienen, Kräfte zwischen den einander zugewandten Enden der ersten elastischen Elemente und der zweiten elastischen Elemente zu übertragen. Dabei kann der Zwischenflansch an dem Ausgangsflansch drehbar geführt sein. Insbesondere kann der Zwischenflansch einen ringartigen Grundkörper aufweisen. Bevorzugt kann der Zwischenflansch zwei diametral angeordnete Paare in Umfangsrichtung entgegengesetzt ausgerichtete Anlagebereiche für jeweils zwei elastische Elemente aufweisen. Vorzugsweise können die Anlagebereiche radial außen von Führungsbereichen für die elastischen Elemente begrenzt werden. Weiterhin kann der Zwischenflansch zwei diametral angeordnete Paare Seitenführungsnasen für elastische Elemente aufweisen. Vorzugsweise können die Seitenführungsnasen jeweils in ein Ende eines zugehörigen elastischen Elementes eingreifen.
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Als elastische Elemente können Druckfedern, Zugfedern, Tellerfeder, Schraubenfeder und/oder Kompressionsfeder verwendet werden.
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Insbesondere kann das mindestens eine Mitnehmerelement als Mitnehmerscheibe mit Fenstern für die elastischen Elemente ausgeführt und drehfest mit einem zweiten Mitnehmerelement verbunden sein. Vorzugsweise kann das zweite Mitnehmerelement ebenfalls mit Fenstern für die elastischen Elemente ausgestattet sein. Eine drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch Befestigungsmittel, beispielsweise durch Schrauben oder Bolzen, realisiert werden.
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Durch eine Verwendung von ersten elastischen Elementen und zweiten elastischen Elementen mit unterschiedlichen Federsteifigkeiten kann bei einer Reihenschaltung der ersten elastischen Elementen und zweiten elastischen Elementen eine Torsionskennlinie mit sehr niedrigen Federsteifigkeiten im Zylinderabschaltbetrieb realisiert werden, wodurch eine Umschaltdrehzahl möglichst zu kleinen Drehzahlbereichen verschiebbar ist. Insbesondere können die ersten elastischen Elemente eine geringere Federsteifigkeit als die zweiten elastischen Elemente aufweisen. Auf diese Weise kann eine Resonanz unterhalb der Leerlaufdrehzahl geschoben werden, so dass ein Teil der Zylinder abgeschaltet bleiben kann, um Kraftstoff zu sparen.
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Es ist bevorzugt, dass, dass eine Torsionskennlinie der Kupplungsscheibe in zwei Stufen geteilt ist, wobei in Stufe 1 die ersten elastischen Elemente und zweiten elastischen Elemente in Reihe zusammen wirken und in Stufe 2 die zweiten elastischen Elemente allein wirken. Auf diese Weise kann eine Torsionskennlinie mit sehr niedrigen Federsteifigkeiten im Zylinderabschaltbetrieb realisiert werden, wodurch eine Umschaltdrehzahl möglichste zu kleinen Drehzahlen verschiebbar ist. Insbesondere können die ersten elastischen Element eine geringere Federsteifigkeit als die zweiten elastischen Elemente aufweisen, so dass beispielsweise in Stufe 1 die ersten elastischen Elemente stark und die zweiten elastischen Elemente leicht deformiert werden können. In Stufe 2 kann das zweite elastische Element weiter deformiert werden.
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Vorzugsweise ist bei einer zugseitigen Verdrehlage der Kupplungsscheibe die Torsionskennlinie in zwei Stufen geteilt ist, wobei in Stufe 1 die ersten elastischen Elemente und die zweiten elastischen Elemente in Reihe zusammen wirken und in Stufe 2 die zweiten elastischen Elemente alleine wirken, und bei einer schubseitigen Verdrehlage der Kupplungsscheibe die ersten elastischen Elemente und die zweiten elastischen Elemente in Reihe zusammen wirken. Weiterhin kann die Torsionskennlinie bei der schubseitigen Verdrehlage der Kupplungsscheibe auch in zwei Stufen geteilt sein, so dass in Stufe 2 in schubseitiger Verdrehlage das zweite elastische Element alleine wirken kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die Torsionskennlinie der Kupplungsscheibe symmetrisch oder asymmetrisch. Der Verlauf der Torsionskennlinie kann an die zu verwendende Kupplungsscheibe und/oder an das Getriebe, in welche die Kupplungsscheibe verwendet wird, angepasst werden. Eine Anpassung kann dabei durch die unterschiedlichen Federsteifigkeiten der ersten elastischen Elemente und der zweiten elastischen Elemente erfolgen.
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Es ist bevorzugt, dass der Drehschwingungsdämpfer Abstandselemente umfasst, und am Ende der Stufe 1 der Zwischenflansch an den Abstandselementen anschlägt, und am Ende der Stufe 2 der Ausgangsflansch an den Abstandselementen anschlägt. Durch das Anschlagen des Zwischenflansches am Ende der Stufe 1 kann eine weitere Deformierung der ersten elastischen Elemente vermieden werden. Durch die Abstandselemente kann somit die Stufe 1 abgeschaltet werden. Weiterhin kann mit Hilfe der Abstandselemente eine drehfeste Verbindung zwischen den Mitnehmerelementen ermöglicht werden.
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Vorzugsweise sind die Abstandselemente als mindestens ein Abstandsbolzen oder ein Abstandsblech ausgebildet. Auf diese Weise können die Abstandselemente beim Zusammenbau der Kupplungsscheibe einfach eingefügt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verbindung zwischen Nabe und Ausgangsflansch formschlüssig oder kraftschlüssig. Dabei kann die Verbindung entsprechend des zu bauenden Getriebes und der vorhandenen Bauteile ausgelegt werden. Weiterhin kann über den Ausgangsflansch eine tangentiale Momentenweiterleitung an die Nabe, die beispielsweise drehfest mit einer Getriebeausgangswelle eines Handschaltgetriebes verbunden ist, erfolgen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kupplungsscheibe mit einem Drehschwingungsdämpfer, das wie vorstehend ausgebildet oder weitergebildet sein kann. Insbesondere kann die Kupplungsscheibe in Nutzfahrzeugen oder für Kraftfahrzeuge mit langen Laufstrecken verwendet werden. Vorzugsweise kann an dem mindestens einen Mitnehmerelement unter Zwischenschaltung von Federsegmenten Reibbeläge befestigt werden. Insbesondere kann die Nabe drehfest mit einer Getriebeeingangswelle verbunden sein.
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Auf diese Weise kann eine Kupplungsscheibe geschaffen werden, mit der eine Torsionskennlinie mit sehr niedriger Federsteifigkeit im Zylinderabschaltbetrieb eines Verbrennungsmotors realisierbar ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Kupplungsscheibe mit einem Zweimassenschwungrad kombinierbar ist. Weiterhin kann die Kupplungsscheibe auch mit starren Schwungrädern verbunden werden.
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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 Draufsicht auf einer Kupplungsscheibe;
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2 eine Ansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in 1;
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3 eine Detailansicht des Details X der 2;
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4 ein kartesisches Koordinatensystem, in dem ein Drehmoment M über den Drehwinkel α in Form einer Kennlinie eintragen ist;
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5 eine Explosionsdarstellung der Kupplungsscheibe;
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6 einen Ausschnitt einer schematischen Darstellung der Kupplungsscheibe der 1;
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7 eine Draufsicht auf eine zugseitige Verdrehlage der Kupplungsscheibe der 6 am Ende der Stufe 1;
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8 eine Draufschicht auf eine zugseitige Verdrehlage der Kupplungsscheibe der 6 am Ende der Stufe 2; und
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9 eine Draufsicht auf eine schubseitige Verdrehlage der Kupplungsscheibe der 6.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine Kupplungsscheibe 10. Die Kupplungsscheibe 10 weist einen Drehschwingungsdämpfer auf. Die Kupplungsscheibe 10 umfasst Reibbeläge 1, die über Niete mit den in 2 dargestellten Federsegmenten 2 verbunden sind. Die Reibbeläge 1 in der Kupplungsscheibe 10 sind in bekannter Art und Weise zur Drehmomentübertragung zwischen nicht dargestellten Druckplatten einer nicht dargestellten Kupplungseinrichtung einklemmbar. Die Federsegmente 2 sind wiederum mit der in 2 dargestellten Mitnehmerscheibe 3a vernietet. Über Abstandsbleche 4 ist die Gegenscheibe 3b mit der Mitnehmerscheibe 3a verbunden. Zwischen den Abstandsblechen 4 befinden sich die ersten elastischen Elemente c1 und zweiten elastischen Elemente c2, die sich in Nulllage ebenso an der Mitnehmerscheibe 3a und der Gegenscheibe 3b abstützen. Dies wird in 2 dargestellt. Die elastischen Elemente c1 und zweiten elastischen Elemente c2 sind in diesem Ausführungsbeispiel als Druckfederpakete dargestellt. Dabei weisen die ersten elastischen Elemente c1 und die zweiten elastischen Elemente c2 unterschiedliche Federsteifigkeiten auf. Dies wird durch die unterschiedlichen Strichstärken der elastischen Elemente c1 und c2 verdeutlicht. Die Mitnehmerscheibe 3a und Gegenscheibe 3b sind Mitnehmerelemente. Die Mitnehmerelemente haben im Wesentlichen die Gestalt von Kreisringscheiben, in denen Fenster für die elastischen Elemente c1 und c2 ausgespart sind. Die Aussparungen in den Mitnehmerelementen dienen an ihren Enden der Führung und Aufnahme der elastischen Elemente c1 und c2 und deren Krafteinleitung an deren Enden. Zwischen den beiden elastischen Elementen c1 und c2 findet die Seitenführung nicht über die Mitnehmerelemente sondern über den Zwischenflansch 5 statt. Die Gegenscheibe 3b ist in axialer Richtung von der Mitnehmerscheibe 3a beabstandet, um einen Aufnahmeraum für den Ausgangsflansch 6 und dem Zwischenflansch 5 zu schaffen.
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In 2 ist eine Ansicht des Schnitts entlang der Linie A-A dargestellt. In 2 ist erkennbar, dass die Federsegmente 2 mit der Mitnehmerscheibe 3a vernietet sind. Weiterhin zeigt die 2, dass sich zwischen den Abstandsblechen 4 die unterschiedlich steifen ersten elastischen Elementen c1 und zweiten elastischen Elementen c2 befinden, welche sich in Nulllage ebenso an der Mitnehmerscheibe 3a und der Gegenscheibe 3b radial und tangential abstützen. In Tangentialrichtung stützen sich die ersten elastischen Elemente c1 und zweiten elastischen Elemente c2 an dem Zwischenflansch 5 und dem Ausgangsflansch 6 ab. Von Mitnehmerscheibe 3a und Gegenscheibe 3b erfolgt die tangentiale Momentweiterleitung über den Zwischenflansch 5 auf den Ausgangsflansch 6 und eine Nabe 7, die drehfest mit einer Getriebeeingangswelle eines Handschaltgetriebes verbunden ist. Die Verbindung zwischen Nabe 7 und Ausgangsflansch 6 kann sowohl form- als auch kraftschlüssig erfolgen.
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3 zeigt die Detailansicht x der 2. Es ist in 3 erkennbar, dass sich die unterschiedlich steifen ersten elastischen Elemente c1 und zweiten elastischen Elemente c2 in Nulllage an der Mitnehmerscheibe 3a und der Gegenscheibe 3b radial und tangential abstützen. In Tangentialrichtung stützen sich die ersten elastischen Elemente c1 und zweiten elastischen Elemente c2 an dem Zwischenflansch 5 und dem Ausgangsflansch 6 ab. Von Mitnehmerscheibe 3a und Gegenscheibe 3b erfolgt die tangentiale Momentweiterleitung über den Zwischenflansch auf den Ausgangsflansch 6 und eine Nabe 7, die drehfest mit einer Getriebeeingangswelle eines Handschaltgetriebes verbunden ist. Die Verbindung zwischen Nabe 7 und Ausgangsflansch 6 kann sowohl form- als auch kraftschlüssig erfolgen.
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In 4 ist ein kartesisches Koordinatensystem, in dem ein Drehmoment M über den Drehwinkel α in Form einer Kennlinie eintragen ist, dargestellt. Es wird eine Torsionskennlinie der Kupplungsscheibe 10 dargestellt. Diese Torsionskennlinie stellt auf der rechten Seite des Koordinatensystems die Zugseite dar. Diese ist in zwei Stufen geteilt. In Stufe 1 wirkt die Reihenschaltung der ersten elastischen Elemente c1 und zweiten elastischen Elemente c2 mit unterschiedlicher Steifigkeit. Die Stufe 1 endet am Winkel α1. In Stufe 2 wirkt die Federsteifigkeit der zweiten elastischen Elemente c2 allein. Auf der Schubseite des Koordinatensystems, der linken Seite des dargestellten Koordinatensystems, wirkt in diesem Ausführungsbeispiel wirkt die Stufe 2 im Schub nicht. Die Kennlinie kann symmetrisch aufgebaut sein, hier wurde vorteilhafterweise eine Asymmetrische Kennlinie gewählt.
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5 zeigt eine Explosionsdarstellung der Kupplungsscheibe 10.
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In 6 ist ein Teilausschnitt einer schematischen Darstellung der Nulllage der Kupplungsscheibe 10 dargestellt. Die Nulllagen des Zwischenflansches 5 und des Ausgangsflansches 6 sind mit 0° gekennzeichnet. Die Drehbewegung wird durch Verdrehung des Zwischenflansches 5 und des Ausgangsflansches 6 relativ zu den Nulllagen definiert. Die belagseitige Gegenscheibe 3b und Abstandsbleche 4 sollen fest angeordnet sein.
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7 zeigt die zugseitige Verdrehlage der Kupplungsscheibe 10 der 6 am Ende der Stufe 1. Die ersten elastischen Elemente c1 und zweiten elastischen Elemente c2 wirken in Reihe. Dabei wurden die ersten elastischen Elemente c1 stark und die zweiten elastischen Elemente c2 leicht im Verhältnis zu ihren Steifigkeiten deformiert. Der Ausgangsflansch 6 wurde um den Winkel α1 verdreht, der Zwischenflansch 5 um den Winkel β1. Da sich beim Betätigen des Ausgangsflansches 6 die zweiten elastischen Elemente c2 in dieser Stufe mit komprimieren, ist der Winkel β1 um diesen Kompressionswinkel kleiner als α1. Der Zwischenflansch 5 schlägt am Ende der Stufe 1 an dem hier als Abstandsbleche 4 ausgeführten Abstandselementen an.
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In 8 wird die zugseitige Verdrehlage der Kupplungsscheibe 10 der 6 am Ende der Stufe 2 dargestellt. Dabei wurden die ersten elastischen Elemente c1 nicht weiter deformiert, da der Zwischenflansch 5 an den Abstandsblechen 4 angeschlagen ist und durch diesen gestoppt wird. Der Ausgangsflansch 6 verdreht sich auf den Winkel α2 weiter und schlägt am Ende der Stufe 2 ebenfalls an den Abstandsblechen 4 an. In dieser Stufe erfolgt die Momentübertragung vom Ausgangsflansch 6 alleine über die Deformation der zweiten elastischen Elemente c2 auf den Zwischenflansch 5, der sich an den Abstandsblechen 4 abstützt.
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9 zeigt die schubseitige Verdrehlage der Kupplungsscheibe 10 der 6 am Ende der Schubstufe 1. Die ersten Elastischen Elemente c1 und zweiten elastischen Elemente c2 wirken in Reihe. Dabei werden die ersten elastischen Elemente c1 stark und die zweiten elastischen Elemente c2 leicht im Verhältnis zu ihren Steifigkeiten deformiert. Der Ausgangsflansch 6 wurde um den Winkel α3 in Schubrichtung verdreht, der Zwischenflansch 5 um den Winkel β3. Da sich beim Betätigen des Ausgangsflansches 6 die zweiten elastischen Elemente c2 in dieser Stufe mit komprimieren, verdreht sich der Zwischenflansch 5 um diesen Kompressionswinkel β3 während der Ausgangsflansch 6 den Winkel α3 zurücklegt, der die Kompressionswege von den ersten elastischen Elementen c1 und den zweiten elastischen Elementen c2 beinhaltet. Der Ausgangsflansch 6 schlägt am Ende der Schubstufe 1 an den Abstandsblechen 4 an. Ein Anschlagen des Zwischenflansches 5 erfolgt hier nicht. Eine Schubstufe 2 wäre möglich, ist jedoch in diesem Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reibbeläge
- 2
- Federsegmente
- 3a
- Mitnehmerscheibe
- 3b
- Gegenscheibe
- 4
- Abstandsblech
- 5
- Zwischenflansch
- 6
- Gegenflansch
- 7
- Nabe
- c1
- erstes elastisches Element
- c2
- zweites elastisches Element
- A-A
- Schnitt
- x
- Detailansicht