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warum Drehmomentverlauf gleichmäßig konstant bei manchen motoren
hallo,
ich bin aus dem bmw forum aber da sind nicht so viele user wie hier. Mir geht es allgemein um diesel oder benzinmotoren. Ein kollegen von mir will wissen warum bei manchen motoren speziell mit abgasturbolader beim Leistungsdiagramm der Drehmomentverlauf ein plateu hat. Das Drehmoment steigt an bei sagen wir ca. 1200u/min auf 1900u/min und bleibt dann konstant bis ca. 5000 U/min. Die leistung PS / KW steigt ja kontinuierlich bis sagen wir 6000U/min an. Warum ist der Drehmomentverlauf so konstant zwischen 1900U/min - 5000U/min?
Beim dieselmotor eigentlich dasselbe. Woran liegt das? Mein kollege wollte das physikalisch/chemisch/mathematisch irgendwie erklärt haben.
Vielen Dank.
PS: bei saugmotoren hat man ja eigentlich kaum so einen konstanten verlauf warum?
Beste Antwort im Thema
Am Ladedruck, das sind alles aufgeladen Motoren. Am Versucht den Lader so klein wie möglich zu halten, damit früh der Ladedruck anliegt(Turboloch), dann wird der Druck über einen Byepass begrenzt. Weil man so kleiner Getriebe verwenden kann und verschieden Motoren mit verschieden Leistungsstufen.
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28 Antworten
Zitat:
Original geschrieben von navec
Was ist ZMS und warum könnte ein Getriebeschaden eintreten?
@unbreakable:
Zitat:
Original geschrieben von navec
Zitat:
Deswegen soll man ja beim sparsamen Fahren immer so zügig wie es geht bis in den höchsten Gang hochschalten, denn der Wirkungsgrad eines Motors steigt mit der (realen) Verdichtung - und die wiederum hängt stark von der Stellung der Drosselklappe (Vollast = maximal geöffnete Klappe = größter Wirkungsgrad = geringster Verbrauch für die abgerufene Fahrleistung) ab
mit realer Verdichtung meinst du wahrscheinlich den Mitteldruck, oder?
Nein. Die reale Verdichtung bezieht sich auf die Druckerhöhung des Gasinhalts eines Zylinders vom Schließen des Einlassventils bis zum OT des Kolbens, also vor der Verbrennung, der Mitteldruck errechnet sich aus der Kraft und der Kolbenfläche im Arbeitstakt nach der Verbrennung. Für den Mitteldruck ist die Zylinderfüllung und die Verdichtung ausschlaggebend.
Diese Größe ist auch eine rein thermodynamische Größe, deren Wirkung natürlich noch von diversen mechanischen Effekten überlagert wird. Nichtsdestotrotz kann man allgemein sagen, dass eine hohe Verdichtung (also die reale, nicht die rein geometrische) wegen des damit einhergehenden hohen Wirkungsgrads einen niedrigen Verbrauch zur Folge hat.
Zitat:
Original geschrieben von navec
Im Bereich des höchsten Mitteldrucks ist eigentlich nie (bei keiner Drehzahl) der höchste Wirkungsgrad (= geringste spezifische Kraftstoffverbrauch) und bei relativ niedrigen oder relativ hohen Drehzahlen sowieso nicht, wie man aus Muscheldiagrammen ablesen kann.
Wenn ich mir mal beispielsweise das Muscheldiagramm des 1,4TSI-Twinchargers (Golf 5) ansehe, was mit gerade vorliegt und hier im Forum veröffentlicht wurde, liegt der Bereich des höchsten Wirkungsgrads bei ca 2000 - 3700rpm und ca 2/3 des maximal möglichen Mitteldrucks.
Also weder sehr geringe Drehzahlen noch maximaler Mitteldruck sind laut diesem Muscheldiagramm für maximalen Wirkungsgrad förderlich.
Leider liegt mir das von dir erwähnte Muscheldiagramm nicht vor. Ich hätte da aber hier angehängt noch ein anderes vom -> BAD, dem 1,6-l-FSI-Motor (81 kW) und damit dem ersten direkteinspritzenden Schichtlademotor (also ohne Turbo!) von VW, anzubieten, den Volkswagen von 2002 bis 2005 im Golf IV verbaute.
Wenn du dir genau ansiehst, erkennst du auch, dass deine Aussagen etwas zu pauschal sind. :cool:
Der drehzahlabhängige Verlauf des maximalen effektiven Mitteldrucks (blaue Linie) entspricht ja dem des Volllast-Drehmoments.
Die Zone des geringsten spezifischen Verbrauchs (230 g/kWh = roter Wert) liegt bei diesem Saug-Motor schon sehr nahe an dieser Linie und nur 1.000 U/min unterhalb des absoluten Maximums (12 bar) des eff. Mitteldrucks bei ca. 4.000 U/min. Der "höchste Mitteldruck" (wobei ich nicht weiß, ob du damit die ganze Vollastlinie oder nur den Punkt des maximalen Mitteldruckwertes bei 4.000 U/min meinst) muss also schon etwas mit geringem Verbrauch zu tun haben.
Theoretisch ließen sich natürlich beim überwiegenden Betrieb des Motors in dieser 230-g/kWh-Zone bei 3.000 U/min und 10 bar die geringsten Verbräuche erzielen, wobei es mangels aktueller Informationen über den jeweils gefahrenen Mitteldruck gar nicht so einfach ist, diesen Betriebspunkt unter allen vorkommenden Fahrbedingungen zu halten.
In der Praxis ist daher der Tipp mit dem möglichst weit durchgetretenen Gaspedal (hohe reale Verdichtung) und der niedrigen Drehzahl zielführend, da z. B. bei einer Konstantfahrt mit 60 km/h im 5. Gang der Betriebspunkt (geschätzt) bei 1.600 U/min und einem eff. Mitteldruck von 6 bar, also bei einem spez. Verbrauch von ca. 240 g/kWh liegt, wohingegen er im 3. Gang eher bei 2.500 U/min und 3 bar, also bei einem spez. Verbrauch von ca. 300 g/kWh liegt. Welche Fahrweise verbrauchsgünstiger ist, liegt dann ja auf der Hand.
Somit sind also eben doch eine geringe Drehzahl (hoher Gang) sowie ein hoher Mitteldruck (möglichst weit gedrücktes Gaspedal) für einen geringen Verbrauch (maximaler Wirkungsgrad) förderlich. ;-)
Schönen Gruß
Bei dem gezeigten Muscheldiagramm ist die Zone geringsten Verbrauchs tatsächlich sehr nahe der Volllastlinie. Außerdem gibt es in dem Diagramm auch noch mal eine zweite Insel geringeren Verbrauchs bei niedrigen Drehzahlen.
Die Grundaussage (umformuliert) bleibt aber:
Über den gesamten Drehzahlbereich hinweg ist bei höchstem Mitteldruck (also Volllast) nie der maximal mögliche Wirkungsgrad bei bei einer bestimmten Drehzahl zu erreichen.
Also ist Vollgas auch nicht generell die Methode, um den, bei einer bestimmten Drehzahl, optimalen Wirkungsgrad zu erreichen. In dem Muscheldiagramm fällt es ja besonders im Bereich von 1000 bis 2000rpm auf. Vollgas wäre da genau falsch.
Im Diagramm bringt fast Vollgas nur im mittleren Drehzahlbereich den optimalen Wirkungsgrad.
Zitat:
Original geschrieben von navec
...
Die Grundaussage (umformuliert) bleibt aber:
Über den gesamten Drehzahlbereich hinweg ist bei höchstem Mitteldruck (also Volllast) nie der maximal mögliche Wirkungsgrad bei bei einer bestimmten Drehzahl zu erreichen.
Also ist Vollgas auch nicht generell die Methode, um den, bei einer bestimmten Drehzahl, optimalen Wirkungsgrad zu erreichen.
...
Du bist aber stur! ;)
Du hast zwar Recht, nur - die Betriebszustände des Motors bei normaler Autofahrt möglichst dauerhaft auf dieser Vollastlinie zu halten, ist in der Praxis vollkommen unmöglich. Das ist auch gar nicht das Ziel beim Befolgen des Spartipps, Fahrzustände zu bevorzugen, bei denen die Drosselklappe möglichst weit geöffnet ist. Daher mein Verweis auf die Praxis des spritsparenden Fahrens in meinem letzten Beitrag.
Übrigens: Die Profis im Ausnutzen der verbrauchsärmsten Betriebszustände, die Sieger diverser Spritsparwettbewerbe, pflegen bei längeren Geradeauspassagen nicht den Wagen mit konstanter (Soll-)Geschwindigkeit und niedriger Last zu bewegen, sondern sie beschleunigen mit stärker geöffneter Drosselklappe auf ein etwas höheres Tempo, um dann auszukuppeln oder den Leerlauf einzulegen und den Wagen sich wieder bis auf etwas unterhalb der Soll-Geschwindigkeit verlangsamen zu lassen, und dann wieder auf das etwas höhere Tempo zu beschleunigen usw. usw. Dieses Sägezahnprofil des Geschwindigkeitsverlaufs hat den Vorteil, dass man möglichst oft die Bereiche höherer Last (also höheren effektiven Mitteldrucks) nutzen kann und dadurch der Streckenverbrauch (l/100 km) minimiert wird.
Zitat:
Original geschrieben von navec
In dem Muscheldiagramm fällt es ja besonders im Bereich von 1000 bis 2000rpm auf. Vollgas wäre da genau falsch.
...
Das versteh' ich jetzt nicht. :confused:
In dem genannten Drehzahl-Bereich liegt der spezifische Verbrauch nahe der (blauen) Vollastlinie bei 240 - 250 g/kWh. Das ist angesichts des absoluten Minimums von 230 g/kWh (das in nur einem einzigen(!) Punkt zu finden ist) doch recht niedrig. D. h. wenn man diesen Bereich zum Mitschwimmen und Beschleunigen durch Wahl eines möglichst großes Ganges nutzen kann, sollte also auch ein sehr geringer Streckenverbrauch dabei herauskommen.
Für die praktische Autofahrt lässt sich der Bereich des höchsten Wirkungsgrads um den roten Punkt herum nur in einem Bruchteil der Zeit bzw. nur auf einem Bruchteil der Strecke nutzen, nämlich bestenfalls beim Beschleunigen oder bei Konstantfahrt mit dazu passend hohem Fahrwiderstand (Steigung, großflächiger Anhänger etc.).
Beispiel: Schon bei einer Konstantfahrt bei 3.000 U/min mit nur noch der Hälfte des maximal möglichen Mitteldrucks (entspricht geschätzt einem Autobahntempo von ca. 120 km/h im höchsten Gang) führe man mit 250 g/kWh bei 3.000 U/min verbrauchsintensiver, als mit weniger als 240 g/kWh bei größerer Last (6,5 bar) und geringerer Drehzahl (1.000 - 2.000 U/min), was dann quasi einem sehr langen, zusätzlichen Spargang entspräche. Wobei ich denke, das bei diesem Betriebszustand (Autobahnfahrt mit120 km/h im größten Gang) eher ein noch geringerer eff. Mitteldruck nötig ist, d. h. der spez. Verbrauch eher noch höher liegt.
Schönen Gruß
Solange mir etwas noch nicht ganz klar ist, oder eine (für mich) einleuchtende Begründung fehlt, bin ich tatsächlich stur....
Zitat:
Das ist auch gar nicht das Ziel beim Befolgen des Spartipps, Fahrzustände zu bevorzugen, bei denen die Drosselklappe möglichst weit geöffnet ist.
Wie weit die Drosselklappe letztendlich geöffnet wird, bestimmt doch das Steuergerät, da man bei modernen Autos wohl kaum einen direkten Einfluß per Gaspedal auf die Drosselklappe hat.
Ein Steuergerät, so stelle ich es mir jedenfalls mal vor, interpretiert die Vollgasstellung mit einiger Sicherheit nicht als Sparaufforderung, sowie eventuell vom sparversierten Fahrer gedacht, sondern primär als Aufforderung, die höchste Leistung ab zu geben.
Ob es dann besonders wirtschaftliche Einstellungen wählt (anfetten o.ä.?), würde ich nicht unbedingt unterstellen. Könnte natürlich sein, dass dann auch immer die Drosselklappe voll öffnet. Genau weiß man es aber erst, wenn das VCDS Drosselklappenstellung und Gashebelstellung parallel aufzeichnet.
Ganz deutlich wird es dann bei der Automatik (z.B. DSG):
Da wird im verbrauchsgünstigsten Modus (D) schon ab ca 1/4 Gas bei geringer Geschwindigkeit (ca 70km/h) vom 7. in den 6. Gang zurückgeschaltet. Daran ist ziemlich deutlich zu erkennen, wie die Gashebelstellung von der Motorelektronik interpretiert wird: Auf jeden Fall nicht als Sparaufforderung.
Zitat:
Dieses Sägezahnprofil des Geschwindigkeitsverlaufs hat den Vorteil, dass man möglichst oft die Bereiche höherer Last (also höheren effektiven Mitteldrucks) nutzen kann und dadurch der Streckenverbrauch (l/100 km) minimiert wird.
Die genauen Auswirkungen dieser Spritspartaktik, sind m.E. noch nirgendwo genau untersucht worden. (Ich kenne dazu jedenfalls keine Vergleichsuntersuchung, die wirklich nur genau diese Taktik gegen schnödes Konstantfahren untersucht hat)
Meinungen gibt es dazu natürlich viele.
Positiv ist sicherlich der von dir genannte Einfluss des höheren effektiven Mitteldrucks, der aber nur eine relativ kurze Zeit, bezogen auf die Gesamtzeit für eine Fahrstrecke, anliegt.
nachteilig ist:
Wenn ich die gleiche Durchschnittsgeschwindigkeit halten möchte (und nur dann wäre ein Vergleich möglich), bin ich wegen der Sägezahnform gezwungen, mich eine ganze Zeit schneller als diese Durchschnittsgeschwindigkeit zu bewegen, was letztendlich, durch den quadratisch ansteigenden Windwiderstand, mehr Energie für die Gesamtstrecke kostet, als wenn ich konstant mit Durchschnittsgeschwindigkeit fahre Der Geschwindigkeitsbereich unterhalb der Durchschnittsgeschwindigkeit gleicht dies nicht vollständig aus.
nachteilig ist natürlich auch, dass der Motor in der Rollphase relativ sinnlos mitläuft und nachteilig wird mit Sicherheit auch sein, dass der Motor nicht konstant läuft, denn ich gehe mal davon aus, dass eine optimale Gemischeinstellung immer etwas Zeit braucht. Beim konstant schnell fahrenden Wagen mit annähernd konstanter Last, hat die Motorelektronik beste Voraussetzungen für eine optimale Gemischbildung.
Wenn während der Fahrt aber bei jedem Sägezahn, erstmal eingekuppelt werden muss und dann jedesmal eine Drehzahl- und eine 100%-ige Lasterhöhung erfolgt, sind das keine optimalen Voraussetzungen.
Besonders dann nicht, wenn noch ein relativ träger Turbolader mit im Spiel ist.
Zitat:
Zitat:
Original geschrieben von navec
In dem Muscheldiagramm fällt es ja besonders im Bereich von 1000 bis 2000rpm auf. Vollgas wäre da genau falsch.
...
Das versteh' ich jetzt nicht.
na ja, du hast genau das gleiche Beispiel ein paar Zeilen später ja selbst angeführt.
Nehmen wir der Einfachheit wegen mal die mittlere Drehzahl zwischen 1000 und 2000rpm, also 1500rpm:
Laut dem Muscheldiagramm hat man bei nur ca 6,5bar Mitteldruck mehr Effektivität, als wenn man Vollgas (ca 10bar Mitteldruck) gibt.
Daher meine Aussage, dass sich Vollgas laut diesem Diagramm zwischen 1000 und 2000rpm nicht lohnt.
Also wenn wir die Welt mal nicht nur VW behaftet betrachten, dann kenne ich Autos mit dem BJ 08 die noch ganz normale Seilzüge an den DK haben und der Fahrer selbst somit die Stellung wählen kann und darf.
Das mit dem Sägezahn nennt man Push an Glide.
Zitat:
Original geschrieben von unbrakeable
Übrigens: Die Profis im Ausnutzen der verbrauchsärmsten Betriebszustände, die Sieger diverser Spritsparwettbewerbe, pflegen bei längeren Geradeauspassagen nicht den Wagen mit konstanter (Soll-)Geschwindigkeit und niedriger Last zu bewegen, sondern sie beschleunigen mit stärker geöffneter Drosselklappe auf ein etwas höheres Tempo, um dann auszukuppeln oder den Leerlauf einzulegen... Dieses Sägezahnprofil des Geschwindigkeitsverlaufs hat den Vorteil, dass man möglichst oft die Bereiche höherer Last (also höheren effektiven Mitteldrucks) nutzen kann und dadurch der Streckenverbrauch (l/100 km) minimiert wird.
Genau das ist das Muscheldiagramm in die Tat umgesetzt.
Man spart ein paar Tropfen Sprit, ruiniert aber Antriebsstrang, Kupplung und ZMS,
und außerdem wirds der Familie schlecht.
Trotzdem hat die Anleitung zum Sparen ("annähernd Vollgas, bis gewünschtes Tempo
erreicht ist..") inzwischen eine beachtliche Karriere gemacht.
Mir kanns wurscht sein, der Werkstatt kanns recht sein. :):)
Grüße Klaus
Damit kritisiere ich niemanden hier aus diesem Thread, es wurden ja IMO
viele korrekte Tatsachen gesagt und erklärt.
@Provaider:
Zitat:
Also wenn wir die Welt mal nicht nur VW behaftet betrachten, dann kenne ich Autos mit dem BJ 08 die noch ganz normale Seilzüge an den DK haben und der Fahrer selbst somit die Stellung wählen kann und darf.
Genau für diese Fahrzeuge könnte die genannte Spritsparempfehlung ja auch uneingeschränkt zutreffen, für alle Autos mit E-Gas (selbst mein Meriva hat schon E-Gas gehabt) ist diese Zwangsläufigkeit aber nicht gegeben.
@Klausel:
Zitat:
Genau das ist das Muscheldiagramm in die Tat umgesetzt.
Auch bei dieser Aussage gibt es noch berechtigte Zweifel, denn das Muscheldiagramm setzt sich m.E. aus vielen einzelnen Messpunkten zusammen, bei denen aber immer Last und Drehzahl jeweils konstant bleiben. (der Motor "hat also Zeit" die optimale Einstellung für den jeweiligen Punkt zu finden)
Das ist bei Beschleunigungsvorgängen oder Laständerungen nicht der Fall und von daher kann man dann auch nicht das Muscheldiagramm uneingeschränkt als Grundlage nehmen.
Zitat:
Man spart ein paar Tropfen Sprit, ruiniert aber Antriebsstrang, Kupplung und ZMS,
und außerdem wirds der Familie schlecht.
Das glaube ich eher nicht, denn diese Sägezahnfahrten müssen ja nicht zwangsläufig bei absolut "unterirdischen" Drehzahlen stattfinden. Wenn ich das bei meinem Golf im 6. Gang z.B. zwischen 90 und 110km/h mache, sollte das weder Antriebsstrang, Kupplung noch ZMS schaden und schlecht wird bei dieser relativ geringen Beschleunigung im Fahrzeug auch niemandem.
Außerhalb des Fahrzeugs (ich denk da so hauptsächlich an die nachfolgenden Autos), sieht das schon anders aus...
Ausprobiert habe ich das (Sägezahn zwischen 90 und 110km/h) schon bei einer immer wieder kehrenden Fahrstrecke von ein paar Kilometern und, jedenfalls laut MFA 1 die entsprechend resettet wurde, einen geringen Mehrverbrauch durch diese Sägezahnfahrerei festgestellt.
Volllast belastet den Antriebsstrang, Teillast weniger.
Es geht dabei weniger um Leistung, sondern um das angelegte Drehmoment.
Ich denk da nur an den ach so kraftlosen VR6, wo Lagerschäden im Getriebe ab 200.000 km charakteristisch sind. Meist auch Karies an den Zahnrädern vom ersten Gang.
Dass das ganze nicht innerhalb von 50.000 km passiert, sollte klar sein.
Zitat:
Volllast belastet den Antriebsstrang, Teillast weniger
Das ist mit Einschränkungen richtig (beim Antriebsstrang zwischen Getriebe und den Rädern ist ja trotz Volllast des Motors die Übersetzung für die Belastung entscheidend), nur muss man dabei noch deutlich machen, bei welcher Drehzahl das passiert.
Bei sehr geringen Drehzahlen und Volllast ist eine sehr ungleichförmige Drehbewegung der Kurbelwelle vorhanden und diese Ungleichförmigkeit (Ruckeln) belastet vor allem das ZMS übermäßig.
Drehzahlen, die bei "gewöhnlichen" PKW's zwischen 90 und 110km/h im höchsten Gang auftreten können, zählen m.E. aber nicht dazu. In dem Bereich sollten die Kupplung und das Getriebe im höchsten Gang sporadische Volllast ohne Lebensdauereinschränkung bewältigen können.
Was ist wen der Motor nur ein EMS hat?
Keine Ahnung.
Bei ZMS hatte ich schon mal gelesen, dass die mit derartigen Dreh-Schwingungen, wie sie beim Volllastfahren mit niedrigsten Drehzahlen auftreten, Schaden nehmen können.
Ich vermute daher mal, dass das prinzipiell bei EMS nicht anders sein wird.
Ich sehe es mal so:
Diese super niedrigen Drehzahlen bei häufiger höherer Teil- oder Voll-Last sind im Zweifelsfall niemals gut, weil die Motorlagerschmierung eventuell grenzwertig werden könnte und unregelmäßige, schwellende oder wechselnde Belastungen grundsätzlich eine hohe Belastung für die Komponenten darstellen.
Hinzu kommen noch eventuelle Resonanzwirkungen, die das Ganze zusätzlich steigern können.
Die paar Tropfen Sprit, die dabei eventuell gespart werden, machen für mich die ganze Geschichte nicht wett.
Also ein EMS nimmt damit bestimmt keinen Schaden, weil das einfach nur ein Stück Stahl ist, das ist Rund und durch sein Gewicht hat es eine Massenträgheit. Wenn nun Drehunförmingkeiten auf der Kurbelwelle auftreten wird die Massenträgheit vom der Schwungscheibe genutzt und die zu beschleunigen oder abzubremsen. D.h. sind die immer zueinander berechnet.
Was dann aber die Frage aufwirfst, wie ist es mit dem Rest vom Antriebsstang und dessen Lagerungen.
Stimmt, das EMS dämpft ja nur durch die Masse.
Es gibt ja aber Belagfederungen (Schwingungsdämpfer) an den Kupplungsscheiben auch beim EMS, die zwar direkt nichts mit dem Schwungrad zu tun haben, letztendlich aber die gleiche Aufgabe wie ein ZMS erfüllen, nämlich Drehschwingungen vom Getriebe fern zu halten.
Die dort verwendeten Federn werden wahrscheinlich auch eher für die Schwingungen konzipiert sein, die in "normalen" Drehbereichen auftreten, so dass eine Überlastung durchaus nicht ausgeschlossen werden kann, wenn ein Antrieb des öfteren mit niedrigsten Drehzahlen und Volllast "vergewaltigt" wird.
Zitat:
Original geschrieben von navec
Zitat:
Volllast belastet den Antriebsstrang, Teillast weniger
Das ist mit Einschränkungen richtig (beim Antriebsstrang zwischen Getriebe und den Rädern ist ja trotz Volllast des Motors die Übersetzung für die Belastung entscheidend), nur muss man dabei noch deutlich machen, bei welcher Drehzahl das passiert.
Bei sehr geringen Drehzahlen und Volllast ist eine sehr ungleichförmige Drehbewegung der Kurbelwelle vorhanden und diese Ungleichförmigkeit (Ruckeln) belastet vor allem das ZMS übermäßig.
Drehzahlen, die bei "gewöhnlichen" PKW's zwischen 90 und 110km/h im höchsten Gang auftreten können, zählen m.E. aber nicht dazu. In dem Bereich sollten die Kupplung und das Getriebe im höchsten Gang sporadische Volllast ohne Lebensdauereinschränkung bewältigen können.
Ändert nix dran, niedrige Drehzahlen belasten die Zahnflanken des Getriebes stärker, die Lager wohl ebenfalls, bei höheren Drehzahlen sind es hauptsächlich die Lager.
War bei den Saugern weniger das Problem, aber die aufgeladenen Spielzeugmotoren mit viel Drehmoment verstärken das Problem.
Das Schwungrad interessiert mich dabei weniger, das Ding ist nicht so teuer.
Bei einem Einmassenschwungrad werden die Schwingungen zum Teil durch eine gefederte Reibscheibe gedämpft. Haben die Zweimassenschwungräder nicht, da ist es einfach nur eine durchgehende Reibscheibe.