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Die
Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Betätigungseinrichtung für eine gesteuerte
Kraftfahrzeugkupplung, wobei diese Betätigungseinrichtung ein Antriebsorgan,
ein Ausgangsorgan, das mit einem Schaltgestänge der Kupplung verbunden
ist, um diese von einer eingerückten
Position zu einer ausgerückten
Position und umgekehrt zu verstellen, und einen Bewegungsübertragungsmechanismus umfaßt, der
sich zwischen dem Antriebsorgan und dem Ausgangsorgan befindet,
wobei dieser Mechanismus wenigstens ein Zahnsegment umfaßt, das durch
das Antriebsorgan drehend angetrieben wird,
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Wie
an sich bekannt ist, umfaßt
eine gesteuerte Kupplung insbesondere ein Betätigungssystem oder eine Betätigungseinrichtung,
das bzw. die ein Schaltgestänge
steuert, um auf die bewegliche Baueinheit der Kupplung einzuwirken,
um sie von einer eingerückten
Position zu einer ausgerückten
Position und umgekehrt zu verstellen.
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Im
allgemeinen verwenden die Betätigungseinrichtungen,
bei denen die Drehbewegung des Antriebsorgans in etwa proportional
zur geradlinigen Bewegung des Ausgangsorgans des Antriebsorgans ausfällt, üblicherweise
eine Vorrichtung zur linearen Bewegungsübertragung in der Ausführung mit
Ritzel und gerader oder geradliniger Zahnstange. Das Ritzel ist
konkret fest mit einem Zahnrad verbunden, das an einer durch das
Antriebsorgan drehend angetriebenen Schnecke eingreift, wobei die
geradlinige Zahnstange an einem Gleitstück angebracht ist, das das
Ausgangsorgan der Betätigungseinrichtung
bildet.
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In
einer solchen Betätigungseinrichtung
muß das
Gleitstück,
das die geradlinige Zahnstange trägt, selbst durch ortsfeste
Führungsmittel
gelagert sein, die notwendigerweise einerseits Platz beanspruchen und
die andererseits schwierig einzusetzen sind.
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Aus
der
DE 43 02 846 A1 ist
eine automatisierte Betätigungseinrichtung
für eine
Anfahr-/Schaltkupplung bekannt, ein Betätigungsmechanismus von einem
Elektromotor drehend angetrieben wird. Zur Umsetzung der Drehbewegung
in eine lineare Bewegung eines Geberzylinders, welcher über eine
hydraulische Leitung mit einem Nehmerzylinder verbunden ist, der
die Ausrückgabel
der Kupplung betätigt,
ist hier eine zylindrische Schraubenfeder vorgesehen, die von dem
Elektromotor um ihre Längsachse
drehend angetrieben wird. Durch die Drehung wird die Schraubenfader
im Zusammenwirken mit einer zwischen die Windungen eingefahrenen
Sperrklinke axial komprimiert und so eine Verlagerung des Kolbens
des Geberzylinders herbeigeführt.
Eine Zahnstange wird dabei nicht eingesetzt.
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Aus
der
FR 2 790 806 A1 ist
eine Steuervorrichtung für
ein Kopplungsmittel bekannt, welche ein mit einer geradlinigen Zahnung
versehenes Gleitstück
aufweist, das von einem Zahnrad bewegt wird, welches von einem Elektromotor
drehend angetrieben wird. Dadurch wird das Gleitstück mit der
Zahnstange linear in einer geradlinigen Gleitführung verschoben. Eine Schwenkbewegung
der Zahnstange bzw. des Gleitstücks
um ein Gelenk findet dabei nicht statt.
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Aus
der
US 4 750 596 A ist
ein Steuermechanismus für
eine Kupplungsvorrichtung bekannt, bei der ein gekrümmtes Zahnsegment
von mehreren Ritzeln angetrieben wird, welche wiederum von einem Elektromotor
drehend angetrieben werden. Das Zahnsegment ist mit einem um ein
Gelenk schwenkbaren Hebel verbunden, dessen freies Ende eine Schwenkbewegung
entlang einer Kreisbahn ausführt und
dabei unmittelbar auf das Ausrücklager
der Kupplung einwirkt. Eine Umwandlung einer Drehbewegung in eine
lineare Bewegung zur Weiterleitung an ein Schaltgestänge der
Kupplung gibt es dabei nicht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine konstruktiv einfache,
preiswert herzustellende und leicht handhabbare Betätigungseinrichtung
für eine
gesteuerte Kupplung zu konzipieren, bei der bei kleiner Baugröße und einfacher
Montierbarkeit die Probleme im Zusammenhang mit der Führung des
Gleitstücks
entfallen, das die Zahnstange der Vorrichtung zur Bewegungsübertragung
zwischen dem Antriebsorgan und dem Gleitstück trägt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung
gemäß Anspruch
1 gelöst.
Wesentlich ist dabei, daß das
Zahnsegment an einer gekrümmten Zahnstange
eingreift, die an einer ersten Gelenkstange angebracht ist, die
durch wenigstens ein Gelenk geführt
ist und das Ausgangsorgan der Betätigungseinrichtung bildet.
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Auf
diese Weise wird bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion eine Betätigungseinrichtung
bereitgestellt, die nur einen sehr geringen Bauraum beansprucht
und die leicht handzuhaben und zu montieren ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn ein Ende der ersten Gelenkstange mit dem
Schaltgestänge der
Kupplung verbunden ist und in einer geradlinigen Bewegung angetrieben
wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn das andere Ende der ersten Gelenkstange
gelenkig mit einer zweiten Gelenkstange verbunden ist, die drehbar
um einen ortsfesten Gelenkzapfen gelagert ist und in einer Bewegung
entlang einer nicht geradlinigen Bahn angetrieben wird.
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Die
durch das Antriebsorgan drehend angetriebenen Mittel, die mit der
gekrümmten
Zahnstange zusammenwirken, können
nach wenigstens zwei Ausführungsarten
ausgeführt
sein.
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Nach
einer ersten Ausführungsart
umfassen diese Mittel eine Schnecke, die durch die Ausgangswelle
des Antriebsorgans, beispielsweise eines Elektromotors, drehend
angetrieben wird, ein Rad mit einer Umfangszahnung, die an der Schnecke
eingreift, und ein koaxiales und fest mit dem Zahnrad verbundenes
Zahnsegment, das an der Zahnstange eingreift.
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Nach
einer zweiten Ausführungsart
sind die Zahnung des Zahnrads und das Zahnsegment an ein und demselben
Teil angebracht und in etwa komplanar, um eine einteilige Baugruppe
zu bilden.
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Grundsätzlich kann
das Zahnsegment einen festen bzw. konstanten oder einen wechselnden
Radius bzw. unterschiedlich große
Radien haben. Im einzelnen erfolgt, wenn dieser Radius konstant
ist, die Bewegungsübertragung
linear, während
die Bewegungsübertragung
bei veränderlichem
Radius nichtlinear ist.
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In
allen Fällen
sind die Krümmung
der Zahnstange und der Radius des Zahnsegments punktweise zu berechnen.
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Im übrigen ist
die Verwendung einer Vorrichtung zur Übertragung einer linearen Bewegung
nicht an die Weg-Kraft-Kennlinie der Kupplung angepaßt, die
nichtlinear ist. Daraus folgt, daß das durch das Antriebsorgan
der Betätigungseinrichtung
zu übertragende
Drehmoment während
der Aus- und Einrückbewegungen
nicht in etwa konstant gehalten werden kann, was zu einer Überdimensionierung
des Antriebsorgans führt.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es bekannt, die Vorrichtung
zur Bewegungsübertragung
durch Kraftreglermittel zu ergänzen,
die einen Energiespeicher umfassen, wobei derartige Mittel insbesondere
in den Druckschriften
FR-2 660
392 und
EP-0 490 730 beschrieben
werden.
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Diese
Kraftreglermittel sind mit der zweiten Gelenkstange des Mechanismus
zur Bewegungsübertragung
verbunden, um eine nichtlineare Verbindung zwischen dem Motor und
dem Schaltgestänge der
Kupplung zu bilden.
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Darüber hinaus
ist es bekannt, mit diesen Kraftreglermitteln Kraftverstellmittel
zu verbinden, deren Funktion darin besteht, insbesondere die Verschleißerscheinungen,
die während
ihrer Lebensdauer im Innern der Kupplung auftreten, und die Abweichungen
ausgleichen zu können,
die durch die Fertigungstoleranzen der Bestandteile der Kupplung bedingt
sind. Dazu wird der Motor der Betätigungseinrichtung dazu gebracht,
einen zusätzlichen
Ausrückweg
auszuführen,
um das durch den Energiespeicher gespeicherte Energieniveau zu verändern. Diese
Energieveränderung
wird vor allem durch die Drehung eines Sperrzahnrads mittels eines
Stellfingers herbeigeführt,
der sich im Mechanismus zur Bewegungsübertragung befindet.
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In
dieser Konfiguration umfaßt
der Bewegungsübertragungsmechanismus
der Betätigungseinrichtung
außerdem
Mittel, um nacheinander zwei Bewegungsübertragungsverläufe anzuwenden,
einen während
des normalen Ausrückwegs
und den anderen während
des zusätzlichen
Ausrückwegs, wobei
davon auszugehen ist, daß der
Bewegungsübertragungsverlauf
während
des zusätzlichen
Ausrückwegs
zu einem größeren Bewegungsübertragungsverhältnis führt.
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Diese
Mittel umfassen einen Mitnahmefinger, der dazu bestimmt ist, in
eine Nut oder Ausnehmung einzugreifen, die am Umfang des abgestuften Zahnrads
eingearbeitet ist, wobei diese Nut ein erstes krummliniges Nockenprofil,
gefolgt von einem zweiten in etwa linearen Nockenprofil aufweist,
mit dem der Mitnahmefinger auf dem zusätzlichen Ausrückweg der
Betätigungseinrichtung
zusammenwirkt, wobei der Mitnahmefinger an der ersten Gelenkstange
oder an der zweiten Gelenkstange angebracht ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus der
weiteren Beschreibung, die im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
angeführt
wird, die ausschließlich
als Beispiel angeführt
werden.
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Darin
zeigen im einzelnen:
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die 1 bis 3:
perspektivische Teilansichten einer ersten Ausführungsart der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung;
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4:
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsart der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung;
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5:
eine perspektivische Teilansicht einer dritten Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung;
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6:
eine durch den Pfeil VI von 5 bezeichnete
Detailansicht;
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die 7a bis 7d:
schematische Teilansichten zur Veranschaulichung der Funktionsweise der
dritten Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung;
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8a:
eine schematische Teilansicht einer Variante der dritten Ausführungsart
der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung;
und
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die 8b, 8c und 8d:
eine Veranschaulichung der Funktionsweise der in 8a dargestellten
Variante.
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Die
Betätigungseinrichtung
A für eine
gesteuerte Kraftfahrzeugkupplung, wie sie in 1 veranschaulicht
ist, umfaßt,
wie an sich bekannt, wenigstens ein Antriebsorgan M, beispielsweise
einen Elektromotor, ein Ausgangsorgan 3 und einen Mechanismus 5 zur
Bewegungsübertragung
zwischen dem Antriebsorgan M und dem Ausgangsorgan 3 der Betätigungseinrichtung
A.
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Das
Ausgangsorgan 3 der Betätigungseinrichtung
A ist mit einem Schaltgestänge
T verbunden, um die (nicht dargestellte) Kupplung von einer eingerückten Position
zu einer ausgerückten
Position und umgekehrt zu verstellen.
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Nach
einer in den 1 bis 3 veranschaulichten
ersten Ausführungsart
der Erfindung umfaßt
der Mechanismus 5 zur Bewegungsübertragung der Betätigungseinrichtung
A eine Schnecke 7, die durch die Ausgangswelle 9 des
Antriebsorgans M drehend angetrieben wird, ein Zahnrad 10 mit
einer Umfangszahnung 11, die an der Schnecke 7 eingreift,
ein koaxiales und fest mit dem Zahnrad 10 verbundenes Zahnsegment 12 und
eine gekrümmte Zahnstange 15,
die am Zahnsegment 12 eingreift.
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Die
gekrümmte
Zahnstange 15 ist an einer ersten Gelenkstange 17 angebracht,
die das Ausgangsorgan 3 der Betätigungseinrichtung A bildet. Ein
Ende 17a der ersten Gelenkstange 17 ist mit dem Schaltgestänge T der
Kupplung verbunden und verschiebt sich in einer geradlinigen Hin-
und Herbewegung, wenn sich die Betätigungseinrichtung A in Betrieb
befindet.
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Das
Schaltgestänge
T der Kupplung kann grundsätzlich
in jeder geeigneten mechanischen oder hydraulischen Bauart ausgeführt sein.
Bei dem in den 1 bis 3 veranschaulichten
Beispiel ist das Gestänge
T in hydraulischer Bauart ausgeführt, wobei
es einen Kolben 18 umfaßt, der beweglich im Innern
eines ortsfesten Zylinders 19 gelagert ist. Der Kolben 18 kann
benutzt werden, um beispielsweise ein Ausrücklager direkt zu betätigen. Die
mechanische Verbindung zwischen der ersten Gelenkstange 17 und
dem Kolben 18 ist beispielsweise eine Gelenkverbindung
mit einem Kugelgelenk.
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Das
andere Ende 17b der Gelenkstange 17 ist gelenkig
an einer Achse 20 an einem Ende einer zweiten Gelenkstange 22 gelagert,
die drehbar um einen Gelenkzapfen 24 gelagert ist. Dieses
Ende 17b der Gelenkstange 17 verschiebt sich entlang
einer nicht geradlinigen Bahn, wenn sich die Betätigungseinrichtung A in Betrieb
befindet.
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Das
Zahnsegment 12 kann einen festen oder veränderlichen
Radius haben, je nachdem, ob eine lineare oder eine nichtlineare
Bewegungsübertragung herbeigeführt werden
soll. Bei dem in 1 veranschaulichten Beispiel
ist der Radius des Zahnsegments veränderlich.
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Das
gekrümmte
Profil der Zahnstange 15 und der Radius des Zahnsegments 12 werden
punktweise in Abhängigkeit
von der durch ihr Ende 17b beschriebenen Bahn berechnet.
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Im
allgemeinen ist ein Mechanismus 5 zur linearen Bewegungsübertragung
nicht an die Weg-Kraft-Kennlinie der Kupplung, die nichtlinear ist, angepaßt. Die
Auswahl eines Zahnsegments 12 mit veränderlichem Radius kann verwendet
werden, um eine nichtlineare Bewegungsübertragung zu begünstigen;
dieses Ziel wird aber im wesentlichen durch Kraftreglermittel 25 mit
Energiespeicherung erreicht, die an sich bekannt sind.
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Die
Energiespeicherung erfolgt beispielsweise durch eine Schraubenfeder 27,
während
die Kraftreglermittel 25 mit dem Mechanismus 5 zur
Bewegungsübertragung
durch die zweite Gelenkstange 22 verbunden sind, deren
anderes, der Anlenkachse 20 zur Anlenkung an die erste
Gelenkstange 17 abgewandtes Ende durch eine Achse 28 an
einer Ausgangsstange 29 der Kraftreglermittel 25 angelenkt ist.
Wenn an dieser Stange 29 gezogen wird, streckt sich die
Feder 27, wobei sie Energie speichert. Die Feder 27 wird
durch einen Träger 30 gelagert,
der gelenkig an einem ortsfesten Gelenkzapfen 32 angebracht
ist, der sich auf der der Stange 29 abgewandten Seite befindet.
Die zweite Gelenkstange 22 ist leicht gekrümmt, und
ihr Gelenkzapfen 24 befindet sich in ihrem mittleren Teil.
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In 1 ist
die Betätigungseinrichtung
A in einem Zustand dargestellt, der einer eingerückten Position der Kupplung
entspricht. In diesem Zustand wird der Motor M nicht gespeist, während ein
Ende des Zahnsegments 12 zu einem Ende der Zahnstange 15 hin
zum Eingriff kommt, die Ausgangsstange 29 der Kraftreglermittel 25 sich
insgesamt in der Verlängerung
der zweiten Gelenkstange 22 befindet und die Feder 27 in
einem, gegebenenfalls vorgespannten Ausgangszustand angeordnet ist.
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In 2 ist
die Betätigungseinrichtung
A in einem Zwischenzustand im Anschluß an die Betätigung des
Motors M zwecks Verstellung der Kupplung in eine eingerückte Position
dargestellt. In diesem Zwischenzustand bewirkt die Drehung des Zahnsegments 12 über die
Schnecke 7 und das Zahnrad 10 die Verschiebung
der ersten Gelenkstange 17 und demzufolge der Zahnstange 15,
dergestalt:
- – daß sich ihr Ende 17a geradlinig
verschiebt, was zur Folge hat, daß der Kolben 18 weiter
in das Innere des Zylinders 19 eindringt;
- – daß sich ihr
Ende 17b entlang einer nicht geradlinigen Bahn im Anschluß an die
Schwenkbewegung der zweiten Gelenkstange 22 um ihren Gelenkzapfen 28 herum
verschiebt.
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Parallel
wird im Verlauf der Schwenkbewegung der zweiten Gelenkstange 22 an
der Ausgangsstange 29 der Kraftreglermittel 25 gezogen,
was zur Folge hat, daß sich
die Feder 27 streckt, die dadurch Energie speichert. Die
Ausgangsstange 29 und die zweite Gelenkstange 22 befinden
sich nicht mehr in Verlängerung
zueinander, sondern sie bilden einen Winkel miteinander.
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In 3 ist
die Betätigungseinrichtung
A in einem Zustand dargestellt, der der ausgerückten Position der Kupplung
entspricht. In diesem Zustand hat die Feder 27 ein Maximum
an Energie während
der vorangehenden Synchronisierungsphase gespeichert, bevor sie
sie in der Phase des formschlüssigen Einlegens
des gewählten Übersetzungsverhältnisses wieder
abgibt.
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Nach
einer zweiten Ausführungsart
der Erfindung, die in 4 veranschaulicht ist, befinden
sich die Zahnung 11 des Zahnrads 10 und das Zahnsegment 12 am
Umgang eines Rads 10' oder
abgestuften Rads, um nur ein einziges Teil zu bilden. Die Zahnung 11 beschränkt sich
auf ein Zahnsegment mit konstantem Radius, während das Zahnsegment 12 mit
einem veränderlichen
Radius ausgeführt
ist, wobei sich jedes Zahnsegment auf etwa 180° erstreckt.
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Die
Funktionsweise der Betätigungseinrichtung
A hat sich im Vergleich zu der vorstehend beschriebenen Funktionsweise
nicht verändert;
sie weist aber den Vorteil auf, daß sie kompakter und daher weniger
platzaufwendig ist.
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In
den 5, 6 und 7a bis 7d ist
eine dritte Ausführungsart
der Erfindung veranschaulicht.
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Die
Betätigungseinrichtung
A weist hier die gleichen Merkmale wie die in 4 veranschaulichte Einrichtung
auf; sie wird aber durch Kraftverstellmittel 35 ergänzt, die
mit den Kraftreglermitteln 25 verbunden sind.
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Wie
einleitend dargelegt, haben diese Kraftverstellmittel
35 die
Funktion, das durch die Feder
27 gespeicherte Energieniveau
zu verändern,
wobei sie vom Antriebsorgan M aus betätigt werden. Diese Kraftverstellmittel
35 können nach
unterschiedlichen Ausführungsarten
konzipiert sein, die insbesondere in der Patentanmeldung
FR-99 02837 beschrieben werden.
Bei diesen Ausführungsarten
umfassen die Kraftverstellmittel
35 ein Sperrzahnrad
37,
dessen Drehung eine Änderung
des Vorspannzustands der Feder
27 ermöglicht.
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Die
Kraftverstellmittel 35 werden bei einem zusätzlichen
Ausrückweg
mittels einer Schaltklinke 38 betätigt, die fest mit der zweiten
Gelenkstange 22 verbunden und dazu bestimmt ist, mit dem
Sperrzahnrad 37 in Eingriff zu kommen.
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Aus
den eingangs dargelegten Gründen
erfolgt der durch die Betätigungseinrichtung
A ausgeführte
zusätzliche
Ausrückweg
mit einem größeren Verhältnis der
Bewegungsübertragung,
um eine stärkere
Beanspruchung des Motors M bei der Regelung der Vorspannkraft der
Ausgleichfeder 27 zu vermeiden.
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Dazu
ist der Bewegungsübertragungsmechanismus 5 der
Betätigungseinrichtung
A mit Mitteln 40 ausgerüstet,
die es ermöglichen,
nacheinander zwei Bewegungs- oder Kraftübertragungsverläufe anzuwenden,
einen während
des normalen Ausrückwegs
einen während
des zusätzlichen
Ausrückwegs. Darüber hinaus
sind diese Mittel 40 so beschaffen, daß der Übergang von einem zum anderen
kontinuierlich erfolgt, das heißt
ohne Vorhandensein von Lücken
oder Überlappungen.
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Nach
dieser dritten Ausführungsart
bestehen die Mittel 40 aus einem Mitnahmefinger 42,
der an der zweiten Gelenkstange 22 angebracht und dazu bestimmt
ist, in eine Nut oder Ausnehmung 44 einzugreifen, die am
Umfang des Rads 10 eingearbeitet ist.
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Wie
dies in 6 veranschaulicht ist, befindet
sich die Nut 44 im einzelnen zwischen den beiden benachbarten
Enden der Zahnsegmente 10 und 12, die dem Ende
des Ausrückwegs
entsprechen. Die Nut 44 wird dadurch hergestellt, daß ein krummliniger Einschnitt
und anschließend
ein geradliniger Einschnitt in das Rad 10' vorgenommen wird, um eine krummlinige
Nockenbahn 44a und eine geradlinige Nockenbahn 44b zu
bilden.
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Die
Betätigung
der Kraftverstellmittel 35 ist in den 7a bis 7d veranschaulicht.
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7a stellt
den Bewegungsübertragungsmechanismus 5 gegen
Ende des Ausrückwegs
dar, bei dem sich die Schaltklinke 38 in unmittelbarer Nähe des Sperrzahnrads 37 befindet,
während
der Mitnahmefinger 42 der krummlinigen Nockenbahn 44a folgt,
um der durch die gekrümmte
Zahnstange 15 vorgegebenen Bahn zu folgen.
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7c stellt
den Bewegungsübertragungsmechanismus 5 zu
Beginn des zusätzlichen
Ausrückwegs
dar, bei dem der Mitnahmefinger 42 mit der geradlinigen
Nockenbahn 44b der Nut in Kontakt kommt, während sich
die Zähne
der Zahnstange von den Zähnen
des Zahnsegments 12 lösen.
Die Bewegungsübertragung
erfolgt dann durch den Mitnahmefinger 12, der sich der
Drehachse des abgestuften Rads 10' nähert, was eine Verkleinerung
des Hebelarms und eine Vergrößerung des Übertragungsverhältnisses
zur Folge hat.
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7d stellt
den Bewegungsübertragungsmechanismus 5 am
Ende des zusätzlichen
Ausrückwegs
dar, bei dem der drehende Antrieb des Sperrzahnrads 37 durch
die Schaltklinke 38 eine Einstellung der Vorspannkraft
der Ausgleichfeder 27 ermöglicht hat.
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Eine
Variante dieser dritten Ausführungsart ist
in den 8a–8d veranschaulicht,
in welcher der Mitnahmefinger 42 nicht mehr an der zweiten
Gelenkstange 22, sondern an der ersten Gelenkstange 17 angebracht
ist, die die Zahnstange 15 trägt. Die 8a–8d entsprechen
den 7a–7d zur Veranschaulichung
der Einstellung der Vorspannkraft der Ausgleichfeder 27.
Mit dieser Variante ergibt sich eine höhere Präzision aufgrund eines direkteren
Zusammenwirkens zwischen dem Mitnahmefinger 42 und der
Nut 44.
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Die
Erfindung kommt bei einer gesteuerten Kupplung in gezogener oder
gedrückter
Konstruktion, mit oder ohne hydraulische Verbindung zur Anwendung.