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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Handwerkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Um den Anforderungen immer kompakterer und leichterer Bauformen bei Akkuschraubern, Akku-Bohrmaschinen und Akku-Schlagbohrschraubern gerecht zu werden, muss der Antriebsstrang, bestehend aus einer seriellen Anordnung von Motor, Getriebe und Werkzeugaufnahme, in der Baulänge verkürzt und im Gewicht reduziert werden. Die verkürzte und gewichtsreduzierte Bauform soll jedoch nicht zu einer Reduzierung der mechanischen Abgabeleistung der Handwerkzeugmaschine führen. Im Gegenteil, trotz kompakter Bauform soll die Abgabeleistung möglichst gesteigert werden.
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Eine kompakte Bauform einer Handwerkzeugmaschine kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Motor mit kürzerer und leichterer Bauform zum Einsatz kommt. Ein solcher hat jedoch den Nachteil, dass sein Massenträgheitsmoment deutlich reduziert ist. Bei Arbeitsfällen mit der Handwerkzeugmaschine, die mit einem großen Einfluss von dynamischen Effekten verbunden sind, wie zum Beispiel bei harten oder weichen Schraubfällen, kann sich dies deutlich bemerkbar machen, indem die erreichbaren Drehmomente deutlich reduziert sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Handwerkzeugmaschine mit einem Antriebsstrang, der einen Motor mit einem Rotor und einer Antriebswelle sowie ein Getriebe umfasst. Die Antriebswelle kann z. B. die Ankerwelle sein oder eine mit der Ankerwelle drehfest gekoppelte Welle des Antriebsstrangs. Die Antriebswelle rotiert insbesondere mit derselben Drehzahl wie die Ankerwelle.
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Erfindungsgemäß weist die Handwerkzeugmaschine mindestens eine Schwungmasse auf, welche rotationssymmetrisch zu der Antriebswelle anordenbar und mit der Antriebswelle drehfest verbindbar ist. Vorteilhafterweise bewirkt die Schwungmasse eine Erhöhung des Massenträgheitsmoments, sodass beim Einsatz von leistungsverdichteten Motoren in kompakten Handwerkzeugmaschinen, wie Akkuschraubern und -bohrern, vergleichbare Werte an kinetischer Energie erzielt werden können wie bei herkömmlichen Motoren. Aufgrund der drehfesten Kopplung der Schwungmasse mit der Antriebswelle rotiert die Schwungmasse mit der hohen Drehzahl des Motors und entfaltet so die größte Wirkung. Die rotationssymmetrische Anordnung der Schwungmasse bezüglich der Antriebswelle verhindert vorteilhaft, dass eine Unwucht erzeugt wird.
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Als eine Schwungmasse mit rotationssymmetrischer Geometrie wird auch eine Schwungmasse angesehen, die eine gewisse geringfügige Abweichung von einer idealen Rotationssymmetrie aufweist. Die Abweichung von einer idealen Rotationssymmetrie kann beispielsweise herstellungsbedingt sein, indem die Schwungmasse durch Sintern hergestellt ist und infolgedessen Dichteunterschiede aufweist. Eine Abweichung von der idealen Rotationssymmetrie kann auch daher rühren, dass die Schwungmasse mit Mitteln zum Ausgleich einer Unwucht versehen ist. Die Schwungmasse wird insbesondere von einer zusätzlichen Komponente gebildet, die zusätzlich zu den rotierenden Komponenten des Motors, wie etwa Rotor, Ankerwelle und ggf. Kommutator, und den rotierenden Komponenten des Getriebes in dem Antriebsstrang der Handwerkzeugmaschine vorgesehen ist. Die Schwungmasse dient als zusätzliche Masse zu den in einer Handwerkzeugmaschine üblicherweise auf der Antriebswelle angeordneten Komponenten. Ferner ist die Schwungmasse insbesondere derart drehfest mit der Antriebswelle verbunden, das die Schwungmasse für einen Anwender der Handwerkzeugmaschine nicht austauschbar bzw. herausnehmbar ist.
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Die Schwungmasse ist vorzugsweise aus Metall und ist z. B. aus Zink, Eisen, Stahl, Messing oder Bronze gefertigt. Sie kann z. B. durch Sintern hergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Schwungmasse einen Außendurchmesser auf, der größer ist als der Außendurchmesser des Rotors. Dies ermöglicht eine Schwungmasse mit einem großen Außendurchmesser vorzusehen, was den Vorteil hat, dass die Dicke der Schwungmasse vergleichsweise gering gehalten werden kann. Im Vergleich zu einer Schwungmasse, die im Wesentlichen den gleichen Außendurchmesser hat wie der Rotor, ist bei gleicher Masse der Schwungmasse die Dicke derselben geringer. Damit vergrößert sich die Baulänge des Antriebsstrangs trotz Schwungmasse nicht bzw. nicht wesentlich. Eine kompakte Bauform der Handwerkzeugmaschine ist so dennoch möglich.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Motor ein Motorgehäuse auf, wobei die Schwungmasse außerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist. Dies hat wieder den Vorteil, dass der Außendurchmesser der Schwungmasse unabhängig von dem Durchmesser des Rotors oder des Motorgehäuses gewählt werden kann. Der Außendurchmesser der Schwungmasse ist insbesondere nicht durch den Innendurchmesser des Motorgehäuses begrenzt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein herkömmlicher Motor, wie er üblicherweise in Handwerkzeugmaschinen verwendet wird, ohne Anpassungen in der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine eingesetzt werden kann. Ein herkömmlicher Motor kann so weiterhin als Fertigkomponente in die erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine eingebaut werden. In der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine können unterschiedliche Arten von Motoren, wie Gleichstrom- oder Wechselstrommotoren sowie bürstenlose oder bürstenbehaftete Motoren zum Einsatz kommen. Die Erfindung ist nicht auf einen bestimmten Motortyp beschränkt.
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Alternativ zu einem Motor mit Motorgehäuse kann auch ein Motor ohne Motorgehäuse in der sogenannten open frame Bauweise in der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine Verwendung finden. Hierbei liegt wiederum der Vorteil darin, dass der Außendurchmesser der Schwungmasse nicht durch den Außendurchmesser des Rotors oder den Durchmesser des Motorgehäuses begrenzt ist. Der Außendurchmesser der Schwungmasse kann so gewählt werden, dass die Dicke der Schwungmasse minimal ist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Getriebe ein Getriebegehäuse auf, wobei die Schwungmasse innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist. Dies kann vorteilhafterweise dazu genutzt werden, dass Komponenten des Getriebes, z. B. ein Hohlrad oder Planetenräder eines Planetengetriebes, und/oder des Getriebegehäuses, z. B. ein Gehäusedeckel, die axiale Sicherung der Schwungmasse relativ zu der Antriebswelle übernehmen. Außerdem kann im Betrieb der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine eine Taumelbewegung der Schwungmasse einsetzen, die durch Komponenten des Getriebes und/oder des Getriebegehäuses in axialer Richtung vor und hinter der Schwungmasse eingeschränkt wird.
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Das Getriebe kann ein einstufiges oder mehrstufiges Getriebe sein. Das Getriebe ist beispielsweise ein Planetengetriebe wie aus dem Stand der Technik bekannt.
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Zur Verbindung der Schwungmasse mit der Antriebswelle sind insbesondere Mittel zur formschlüssigen Verbindung oder Mittel zur kraftschlüssigen Verbindung oder eine Kombination beider Mittel vorgesehen. Die Mittel bewirken insbesondere eine radiale Sicherung der Schwungmasse und können zusätzlich auch eine axiale Sicherung der Schwungmasse übernehmen. In einer einfachen Ausführungsform ist die Schwungmasse kraftschlüssig z. B. mittels Pressverbindung radial und axial direkt auf der Antriebswelle gesichert. Für eine formschlüssige Verbindung kann die Antriebswelle in einem oder mehreren Bereich abgeflacht sein, wobei die Schwungmasse mit einer zentralen Öffnung versehen ist, die mit der abgeflachten Antriebswelle korrespondiert. Die Antriebswelle und die zentrale Öffnung können beispielsweise einen vierkantigen Querschnitt aufweisen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwungmasse direkt mit der Antriebswelle drehfest verbunden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegt eine direkte Verbindung der Schwungmasse mit der Antriebswelle vor, wenn die Antriebswelle mit der Schwungmasse unmittelbar verbunden ist. Hierfür weist die Schwungmasse eine zentrierte Öffnung zur Aufnahme der Antriebswelle auf. In einer einfachen Ausführungsform erfolgt die direkte Verbindung, indem die Schwungmasse unmittelbar auf die Antriebswelle aufgepresst ist. Alternativ kann die direkte Verbindung der Schwungmasse mit der Antriebswelle auch mit Mitteln zur formschlüssigen Verbindung erfolgen, beispielsweise indem die Antriebswelle sowie die zentrale Öffnung der Schwungmasse in einem oder mehreren Bereich derart abgeflacht ist, dass die Abflachungen der Schwungmasse und die Abflachungen der Antriebswelle korrespondieren. Die Antriebswelle und die zentrale Öffnung der Schwungmasse können beispielsweise einen vierkantigen Querschnitt aufweisen.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwungmasse indirekt mit der Antriebswelle drehfest verbunden. Dabei ist die Antriebswelle nur mittelbar mit der Schwungmasse drehfest verbunden, indem mindestens ein zusätzliches Verbindungselement zwischen Antriebswelle und Schwungmasse geschaltet ist. Ein solches zusätzliches Verbindungselement kann z. B. eine auf der Antriebswelle drehfest gekoppelte Komponente des Motors oder des Getriebes sein. Die Schwungmasse und das Verbindungselement können entweder als separate Komponenten ausgeführt sein, welche drehfest miteinander verbindbar sind oder als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sein, welches drehfest auf der Antriebswelle aufgebracht ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine indirekte Verbindung der Antriebswelle mit der Schwungmasse durch ein Ritzel auf der Antriebswelle gebildet. Das Ritzel ist seinerseits mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt. Es ist insbesondere auf die Antriebswelle aufgepresst. Alternativ kann das Ritzel formschlüssig mit der Antriebswelle drehfest verbunden sein. Hierfür sind die Antriebswelle und die zentrale Öffnung des Ritzels vorzugsweise in einem oder mehreren Bereich abgeflacht, wobei die Abflachungen der Antriebswelle und der zentralen Öffnung des Ritzels einander korrespondieren. Die Antriebswelle und die zentrale Öffnung des Ritzels können beispielsweise einen vierkantigen Querschnitt aufweisen.
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In dieser Ausführungsform bildet die Schwungmasse mit dem Ritzel eine drehfeste Verbindung, welche die Schwungmasse zumindest radial auf der Antriebswelle sichert. Die drehfeste Verbindung kann mittels formschlüssiger Verbindung erfolgen. So weist in einer Ausgestaltung der Erfindung die Schwungmasse eine zentrische Innenverzahnung auf, welche in die Verzahnung des Ritzels eingreift. Die Schwungmasse kann dabei auf das Ritzel aufgeschoben sein. Die zentrische Innenverzahnung der Schwungmasse erlaubt eine saubere Zentrierung der Schwungmasse auf der Antriebswelle bzw. dem Ritzel und ermöglicht somit eine schwingungsarme Rotation der Schwungmasse.
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In einer alternativen Ausgestaltung bilden das Ritzel und die Schwungmasse ein gemeinsames Bauteil in der Weise, dass das Ritzel und die Schwungmasse einstückig ausgeführt sind. Dies ist von besonderem Vorteil, da hierbei Taumelbewegungen der Schwungmasse erheblich reduziert werden können.
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Das Ritzel auf der Antriebswelle stellt vorzugsweise zugleich eine Komponente des Getriebes dar. Beispielsweise kann das Getriebe der erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine ein Planetengetriebe sein, wobei das Ritzel das Sonnenrad bildet. Wird die Schwungmasse mit dem Ritzel drehfest gekoppelt, wird ein ohnehin in herkömmlichen Handwerkzeugmaschinen vorhandenes Element, das Ritzel, zusätzlich für die drehfeste Kopplung mit der Schwungmasse verwendet. So kann trotz zusätzlich eingebauter Schwungmasse eine kompakte, insbesondere kurze Bauform der Handwerkzeugmaschine erreicht werden, da keine zusätzlichen, zu den ohnehin herkömmlich vorhandenen Mittel in einer Handwerkzeugmaschine für die drehfeste Kopplung der Schwungmasse vorgesehen werden müssen.
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Vorzugsweise ist die Schwungmasse scheibenförmig ausgeführt. Eine scheibenförmige Schwungmasse ist von Vorteil, weil sie rotationssymmetrisch zur Antriebswelle ausgebildet ist und damit keine Unwucht erzeugt. Die scheibenförmige Schwungmasse hat einen runden Querschnitt. Sie ist mit einer zentrierten Öffnung zur Aufnahme der Antriebswelle bzw. zur Aufnahme eines auf der Antriebswelle drehfest aufgebrachten Verbindungselements versehen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine
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2 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine
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3 einen Ausschnitt aus 2 in perspektivischer Darstellung
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4 einen Ausschnitt aus einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Handwerkzeugmaschine in perspektivischer Darstellung
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5 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform.
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In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine 10 mit einem Gehäuse 20 dargestellt. Der Antriebsstrang 25 umfasst einen Motor 30, ein Getriebe 40 sowie eine Schwungmasse 50. Der Motor 30 umfasst einen Rotor 32 (siehe 2) und eine Ankerwelle, welche als Antriebswelle 34 dient. Ferner umfasst der Antriebsstrang 25 eine Werkzeugaufnahme 60 zur Aufnahme von Einsatzwerkzeugen, wie Bohrer, Schrauber- und Bohrerbits. Die Werkzeugaufnahme 60 ist über das Getriebe 40 und eine Antriebswelle 44 mit dem Motor 30 gekoppelt.
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Erfindungsgemäß weist die Handwerkzeugmaschine 10 mindestens eine rotationssymmetrisch zu der Antriebswelle 34 angeordnete Schwungmasse 50 auf, welche drehfest auf der Antriebswelle 34 angeordnet ist, sodass die Schwungmasse 50 mit derselben Drehzahl rotiert wie die Antriebswelle 34. Die Schwungmasse 50 ist gemäß 1 zwischen Motor 30 und Getriebe 40 geschaltet. Alternativ könnte die Schwungmasse auch in Arbeitsrichtung betrachtet hinter dem Motor 30 angeordnet sein, d. h. an dem der Werkzeugaufnahme 60 abgewandten Ende des Antriebsstrangs 25, sofern die Schwungmasse 50 auf der Antriebswelle 34 angeordnet ist (nicht dargestellt).
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Motor 30 mit einem Motorgehäuse 36 versehen. Das Motorgehäuse 36 befindet sich dabei innerhalb des Gehäuses 20 der Handwerkzeugmaschine 10. Alternativ kann der Motor 30 auch in der open-frame Bauweise ausgeführt sein, wobei der Motor 30 kein separates Motorgehäuse aufweist. Dabei werden die Komponenten des Motors, u. a. der Rotor 32, ohne zusätzliches Gehäuse innerhalb des Gehäuses 20 der Handwerkzeugmaschine 10 gelagert. Diese beiden Ausführungsformen, Motor 30 mit oder ohne Motorgehäuse 36 sind in 2 schematisch dadurch angedeutet, dass das Gehäuse 36 gestrichelt dargestellt ist.
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Der Außendurchmesser der Schwungmasse 50 ist in 2 durch den mit 53 markierten Pfeil gekennzeichnet. Vorteilhafterweise ist der Außendurchmesser der Schwungmasse 50 größer als der Außendurchmesser des Rotors 32, der in 2 mit dem mit 33 bezeichneten Pfeil markiert ist. Bei einer Schwungmasse 50 mit möglichst großem Außendurchmesser kann die Dicke der Schwungmasse 50 vergleichsweise klein gewählt werden, um das gewünschte Massenträgheitsmoment zu erzielen. Dadurch vergrößert sich der benötigte Bauraum durch den Einbau einer separaten Schwungmasse 50 nicht bzw. nicht wesentlich.
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In einer Ausführungsform der Erfindung, in der der Motor 30 ein Motorgehäuse 36 aufweist, ist die Schwungmasse 50 bevorzugt außerhalb des Motorgehäuses 36 angeordnet. Dies ermöglicht es, den Außendurchmesser der Schwungmasse 50 möglichst groß wählen zu können. Wie 2 zu entnehmen ist, ist die Schwungmasse 50 besonders bevorzugt innerhalb des Getriebegehäuses 42 angeordnet. Dadurch liegt, in Arbeitsrichtung betrachtet, ein Element des Getriebegehäuses 42 vor und zumindest ein Element des Getriebes 40 hinter der Schwungmasse 50.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schwungmasse 50 gemäß 2 indirekt mit der Antriebswelle 34 drehfest verbunden. Hierfür ist ein Verbindungselement in Form eines Ritzels 38 zwischen die Antriebswelle 34 und die Schwungmasse 50 geschaltet. Das Ritzel 38 ist mittels Pressung drehfest auf der Antriebswelle 34 aufgebracht. Die Schwungmasse 50 bildet ihrerseits mit dem Ritzel 38 eine drehfeste Verbindung und rotiert somit mit derselben Drehzahl wie die Antriebswelle 34. Die Schwungmasse ist hierfür mit einer zentrischen Innenverzahnung 58 ausgebildet, die mit der Verzahnung 31 des Ritzels 38 gekoppelt ist (3). Die Innenverzahnung 58 und das Ritzel 38 dienen als Mittel zur formschlüssigen Verbindung der Schwungmasse 50 mit der Antriebswelle 34. Das Ritzel 38 auf der Antriebswelle 34 stellt in der Ausführungsform nach 2 zugleich eine Komponente des Getriebes 40 dar. Das Getriebe 40 nach 2 ist ein Planetengetriebe, wobei das Ritzel 38 das Sonnenrad bildet. Weitere Elemente des Planetengetriebes, wie Hohlrad 46, Planetenträger 47 mit Planetenräder 48 sind in 2 bzw. 3 gezeigt.
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In der perspektivischen Schnittdarstellung nach 3 ist ferner zu erkennen, dass die Schwungmasse 50 besonders bevorzugt scheibenförmig ist. Sie weist einen runden Querschnitt auf und ist im Wesentlichen als flacher Zylinder geformt.
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4 stellt eine alternative Ausführungsform zu der in 3 dargestellten Ausführungsform dar. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zur Ausführungsform nach 3 ist gemäß 4 die Schwungmasse 50 und das Ritzel 38 einstückig ausgebildet, so dass die Schwungmasse 50 und das Ritzel 38 ein gemeinsames Bauteil bilden, welches drehfest auf der Antriebswelle 34 angeordnet ist. Die drehfeste Kopplung des gemeinsamen Bauteils aus Schwungmasse 50 und Ritzel 38 erfolgt durch Mittel zur formschlüssigen Verbindung, die an der Antriebswelle 34 einerseits und der zentralen Öffnung 39 des Ritzels 38 andererseits vorgesehen sind. Diese Mittel zur formschlüssigen Verbindung werden durch je zwei Abflachungen an der Antriebswelle 34 und der zentralen Öffnung 39 gebildet. Die Abflachungen der Antriebswelle 34 sind mit 35, die Abflachungen der Öffnung 39 mit 37 bezeichnet. In der Schnittdarstellung nach 4 ist jeweils nur eine Abflachung 35, 37 erkennbar. Die Antriebswelle 34 und die zentrale Öffnung 39 des Ritzels haben hierbei einen vierkantigen Querschnitt.
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Eine alternative Ausführungsform für eine drehfeste Verbindung der Schwungmasse 50 auf der Antriebswelle 34 ist schematisch und ausschnittsweise in 5 gezeigt. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach 2 ist die Schwungmasse 50 hierbei zum einen direkt, d. h. unmittelbar, auf der Antriebswelle 34 drehfest angeordnet, indem die Schwungmasse 50 eine zentrale Öffnung 59 zur Aufnahme der Antriebswelle 34 aufweist. Zum anderen ist die Schwungmasse 50 kraftschlüssig mit der Antriebswelle 34 verbunden, insbesondere durch eine Pressverbindung.
