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Die
Erfindung betrifft ein Kupplungssystem mit einem innerhalb mindestens
einer Zylinder-Kolben-Einheit hydraulisch betätigbaren Ringkolben, der einen
Arbeitsraum und einen Rückraum
trennt, wobei der Rückraum
zumindest bereichsweise Hydrauliköl aufnimmt, wobei im Rückraum eine
Membranfeder angeordnet ist und wobei die Membranfeder sich im Rückraum zwischen
dem Ringkolben und einem – gegenüber dem
Ringkolben in axialer Richtung ortsfesten – Abstützelement abstützt.
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U.a.
in Fahrzeuggetrieben eingesetzte Kupplungssysteme werden häufig mittels
einer hydraulischen Aktorik betätigt.
Ein entsprechender zeitweise oder stets mitrotierender Kupplungsringkolben
wird infolge einer auf das Hydrauliköl wirkenden Zentrifugalbeschleunigung
mit einem dem Betriebsdruck überlagerten
Zentrifugaldruck beaufschlagt. Dieser in Axialrichtung wirkende
Zentrifugaldruck bewirkt unter zunehmender Kupplungsdrehzahl eine
Kupplungsschließkraft.
Letztere muss mit einer Gegenkraft ausgeglichen werden. Diese Gegenkraft
kann u.a. durch eine Rückstellfeder
und über
einen mitrotierenden zweiten rückseitig
des Kolbens gelegenen, hydraulikölbefüllten Rückraum bewerkstelligt
werden.
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Aus
der
EP 0 758 434 B1 ist
ein derartiges Kupplungssystem bekannt. Das System beschreibt eine
Mehrfachlamellenkupplung mit beispielsweise einem Rückraum,
der durch einen Ringkolben einer ersten Kupplung und durch einen
Lamellenträger
einer zweiten Kupplung begrenzt wird. Der Ringkolben ist gegenüber dem
Lamellenträger
aufwendig abgedichtet. Im ölbefüllten Rückraum befindet
sich eine Membranfeder, durch deren Schlitze bei jedem Kupplungslastwechsel
das Hydrauliköl
hin- und hergespült
wird. Der gesamte Rückraum
ist dabei ein Ausgleichsraum. Das sich dort befindende Öl unterliegt,
wie das Öl
im Arbeitsraum, der Fliehkraft, da die entsprechende Zylinder-Kolben-Einheit
sich bei einem Kupplungsbetrieb in Rotation befindet. Das unter
der Fliehkraft stehende Öl
erzeugt im Arbeitsraum und im Ausgleichsraum jeweils eine axiale
Kraftkomponente mit unterschiedlichem Vorzeichen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungssystem
zu entwickeln, das bei mindestens einer Kupplung einen sicher funktionierenden
Ausgleichsraum aufweist, der einen überdurchschnittlich einfachen
Aufbau hat.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu
wird im Rückraum
durch die Membranfeder und/oder durch mindestens ein sich an der
Membranfeder zumindest bereichsweise abstützendes Dichtelement ein zumindest
annähernd öldichter
Ausgleichsraum abgetrennt.
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Die
Erfindung umfasst drei Alternativen. Die erste Alternative beschreibt
einen zwischen dem Ringkolben und der Membrane gelegenen Ausgleichraum.
Dazu ist die Membrane entweder eine Tellerfeder oder eine Membrane
mit abgedichteten Schlitzen. Die Membrane oder die Tellerfeder liegt dann
wenigstens mit ihrer äußeren Anlagekante
oder -fläche
zumindest annähernd
dicht am Kolben oder am Abstützelement
an.
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Bei
der zweiten Alternative liegt zwischen dem Kolben und der Membranfeder
oder zwischen dem Abstützelement
und der Membranfeder ein folienartiges Dichtelement. Das Dichtelement
ist zu einem Ringkanal ausgeformt, dessen Kanalgrund den größten Durchmesser
des Dichtelements hat.
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In
einer dritten Alternative werden die erste und die zweite Alternative
miteinander kombiniert.
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Bei
allen Alternativen wird unter dem Begriff „zumindest annähernd dicht" eine Dichtheit verstanden,
bei der die Leckage mindestens unter 20% des Ölzulaufs liegt.
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Mit
der Erfindung wird ein Kupplungssystem geschaffen, das aufgrund
des neuen Ausgleichsraumes durch eine kürzere Ansprechzeit sicherer
funktioniert und zudem kostengünstiger
zu fertigen ist.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen:
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1:
Teillängsschnitt
durch eine Doppelwellenkupplung;
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2:
Membranfeder mit Dichtelement;
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3:
wie 2, jedoch ohne separates Dichtelement;
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4:
Ausbruch einer Membranfeder;
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5:
wie 4, jedoch mit Schlitzgrundauskerbung.
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1 zeigt
eine Doppelwellenkupplung mit zwei tauchgeschmierten Reibkupplungen 50, 150. Diese
kraftschlüssigen
Schaltkupplungen haben zwei radial hintereinander angeordnete Lamellenpakete 55, 155.
Demnach sitzt das erste Lamellenpaket 55 auf einem größeren Radius
als das zweite 155. Die beiden Kupplungen 50, 150 werden
hydraulisch geschlossen. Das Lösen
der einzelnen Kupplung 50, 150 erfolgt über Federelemente
und/oder hydraulisch über
entsprechende Zylinder-Kolben-Einheiten.
Die Federelemente 100, 200 sind z.B. mechanische
Federn wie Schraubenfedern und/oder Membranfedern. Dieses Kupplungssystem
wird in der Regel in Personenkraftwagen eingesetzt.
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Das
Kupplungssystem sitzt beispielsweise zwischen einem mehrwelligen
Schaltgetriebe und dem Antriebsmotor des Fahrzeugs. Der Antriebsmotor
ist in der Regel ein Otto- oder Dieselmotor. Zwischen dem Antriebsmotor
und dem Kupplungssystem ist oft eine Ein- oder Zweimassenkupplung 3 montiert.
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Da
das Kupplungssystem einen großen Durchmesser
aufweist, ist es in dem Getriebegehäusebereich angeordnet, der
als Gehäuseglocke 10 bezeichnet
wird.
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Das
Motordrehmoment gelangt von der Kurbelwelle auf das Schwungrad 3,
vgl. 1. Letzteres sitzt über eine drehstarre Wellen-Naben-Verbindung 21 auf
der Kupplungseingangswelle 20. Hinter der Wellen-Naben-Verbindung 21 verbreitert
sich die Kupplungseingangswelle 20 zur Ausbildung eines Mitnehmerscheibensitzes 22.
Auf dem Mitnehmerscheibensitz 22 ist die Mitnehmerscheibe 30 befestigt.
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Die
z.B. tiefgezogene Mitnehmerscheibe 30 ist mit einem Außenlamellenträger 40 drehstarr
verbunden. Letzterer hat zwei ringförmige Lamellentragabschnitte 58 und 158.
Der Außenlamellenträger 40 ist
an einer Hauptnabe 47 befestigt. Die Kombination aus Kupplungseingangswelle 20,
Mitnehmerscheibe 30, Außenlamellenträger 40 und
Hauptnabe 47 rotieren mit der Motordrehzahl. Diese Teile 20, 30, 40, 47 befinden
sich – bei
dem Ausführungsbeispiel – im andauernden
Eingriff mit der Kurbelwelle des Antriebsmotors.
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Die
Kupplungseingangswelle 20 hat eine zentrale Bohrung 24,
in der wälzgelagert
eine erste Getriebeeingangswelle 51 gelagert ist. Auf dieser Getriebeeingangswelle 51 ist über eine
Wellen-Naben-Verbindung 52 ein
erster Lamellenträgerflansch 53 angeordnet.
Am Lamellenträgerflansch 53 ist
ein erster topfförmiger
Lamellenträger 54 angeschweißt. Zwischen
dem ersten Lamellenträger 54 und
dem äußeren Lamellentragabschnitt 58 des
Außenlamellenträgers 40 sind
die Lamellen 56, 57 der ersten Kupplung 50 angeordnet.
Dabei greifen die Außenlamellen 56 formschlüssig in
die Profilierung des äußeren Lamellentragabschnittes 58 ein.
Die Außenlamellen 56 sind
an diesem Lamellentragabschnitt 58 drehsteif aber längsverschieblich
gelagert. Die zwischen den Außenlamellen 56 sitzenden
Innenlamellen 57 sind auf vergleichbare Weise mit der Profilierung
des ersten Innenlamellenträgers 54 verbunden.
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Der
Außenlamellenträger 40 bildet
zusammen mit der Hauptnabe 47 einen Ringzylinder 45 aus.
Nach 1 ist nach links seitlich versetzt zum Ringzylinder 45 an
der Hauptnabe 47 eine im Teilquerschnitt im Wesentlichen
u-förmige
Zylinderaußenwand 48 starr
angeordnet. Zwischen der Zylinderaußenwand 48 und dem
Ringzylinder 45 ist ein aus Tiefziehblech geformter, erster
Ringkolben 61 angeordnet. Der Ringkolben 61 hat
einen Kolbenabschnitt 62 und einen Kraftübertragungsabschnitt 67. Zwischen
dem Kolbenabschnitt 62 und der Zylinderaußenwand 48 befindet
sich ein erster Arbeitsraum 80.
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Dieser
Arbeitsraum 80 wird mit Drucköl beaufschlagt, um den Kraftübertragungsabschnitt 67 gegen
das erste Lamellenpaket 55 zu pressen. Dazu greift der
Kraftübertragungsabschnitt 67 über Zungen 68 in
den Innenraum 46 des Außenlamellenträgers 40 ein.
Bei betätigter
erster Kupplung 50 wird die Kupplungseingangswelle 20 über den
Außenlamellenträger 40 und
den ersten Innenlamellenträger 54 mit
der ersten Getriebeeingangswelle 51 verbunden. Eines der
auf dieser Welle 51 angeordneten Gangräder kämmt dann kraftübertragend
mit einem Gangrad auf der Getriebeausgangswelle. Die Gangräder und die
Getriebeausgangswelle sind in 1 nicht
dargestellt.
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Zwischen
dem Kraftübertragungsabschnitt 67 und
dem Außenlamellenträger 40 sitzt
als Rückstellelement
eine Membranfeder 100. Sie löst bei einer Druckentlastung
des ersten Arbeitsraumes 80 die Zungen 68 vom
ersten Lamellenpaket 55.
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Ferner
ist zwischen dem Kraftübertragungsabschnitt 67 und
dem Außenlamellenträger 40 ein
folienartiges, zu einem Ringkanal geformtes Dichtelement 120 eingelegt.
Es umhüllt
einen ersten, ölbefüllten Ausgleichsraum 90.
Das Dichtelement 120 hat zwei Wandungen. Die größere Wandung
liegt am Kraftübertragungsabschnitt 67 und
an der beispielsweise außen
zentrierten Membranfeder 100 an. Die Wandung mit der kleineren
Fläche
kontaktiert den Außenlamellenträger 40. Über im Außenlamellenträger 40 eingearbeitete
Kanäle 43 kann
das Hydrauliköl 4 in
den Ausgleichsraum 90 strömen.
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In
der Hauptnabe 47 ist eine zweite Getriebeeingangswelle 151 z.B. über zwei
Nadellager gelagert. Diese als Hohlwelle ausgebildete Getriebeeingangswelle 151 umgibt
zumindest bereichsweise die erste Getriebeeingangswelle 51.
Am vorderen – zur Kupplungseingangswelle 20 hin
orientierten – Wellenende
befindet sich eine Wellen-Naben-Verbindung 152, über die
ein zweiter Lamellenträgerflansch 153 drehstarr
auf der zweiten Getriebeeingangswelle 151 angeordnet ist.
Auf dem Lamellenträ gerflansch 153 ist
der Innenlamellenträger 154 der
zweiten Kupplung 150 befestigt.
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Zwischen
diesem zweiten Innenlamellenträger 154 und
dem ersten Innenlamellenträger 54 ist ein
innerer Lamellentragabschnitt 158 angeordnet. Er ist am
Außenlamellenträger 40 angeschweißt. Der zweite
Innenlamellenträger 154 und
der Außenlamellenträger 40 fixieren
das zweite Lamellenpaket 155 in bekannter Weise.
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Innerhalb
des Bauraumes des zweiten Innenlamellenträgers 154 ist eine
an der Hauptnabe 47 befestigte Ausgleichsraumbegrenzungswandung 191 angeordnet.
Die Begrenzungswandung 191 hat die Form eines einen zweiten
Ausgleichsraum 190 auf drei Seiten umgebenden Ringkanals.
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Zwischen
dem Ausgleichsraum 190 und dem Außenlamellenträger 40 ist
ein zweiter Ringkolben 161 angeordnet. Der in einen Kolbenabschnitt 162 und
einen Betätigungsabschnitt 167 aufgeteilte
Ringkolben 161 drückt – beim Einkuppeln – mit dem
Betätigungsabschnitt 167 auf
das zweite Lamellenpaket 155.
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Der
Kolbenabschnitt 162 schließt einen zweiten Arbeitsraum 180 ab,
der durch den Außenlamellenträger 40 und
einen Zylinderring 181 gebildet wird. Er ist hierbei gegenüber beiden
Bauteilen 40, 181 mittels Lippendichtringen abgedichtet.
Der Kolbenabschnitt 62 des ersten Ringkolbens 61 hat
vergleichbare Dichtungen. Der Zylinderring 181 ist ebenfalls
auf der Hauptnabe 47 befestigt. Der Ringkolben 161 ist
auch gegenüber
dem Ausgleichsraum 190 abgedichtet.
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Wird
die zweite Kupplung 150 betätigt, wird bei sich öffnender
erster Kupplung 50 der Außenlamellenträger 40 mit
dem zweiten Innenlamellenträger 154 verbunden.
Das Motordrehmoment wird somit auf die zweite Getriebeeingangswelle 151 übertragen.
Entsprechende Gangräder
leiten die Rotationsbewegung drehmomentverändert auf die nicht dargestellte,
den Antriebsstrang antreibende Getriebeausgangswelle weiter.
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Im
zweiten Ausgleichsraum 180 sind eine Vielzahl von Federelementen 200,
z.B. in Form von Schraubendruckfedern, angeordnet. Sie stützen sich zwischen
dem zweiten Ringkolben 161 und der Begrenzungswandung 191 ab.
U.a. über
die Federelemente 200 wird der Ringkolben 161 beim
Lösen der zweiten
Kupplung 150 vom entsprechenden Lamellenpaket 155 abgehoben.
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In
den 2 und 3 ist jeweils ein Teil einer
Lamellenkupplung gezeigt, die nicht zu dem in 1 dargestellten
Kupplungssystem gehört.
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Nach
den 2 und 3 stützt sich eine außen zentrierte
Membranfeder 100 im Rückraum 99 zwischen
dem Kraftübertragungsteil 67 eines
Ringkolbens 61 und einem Abstützelement 41 ab. Das Abstützelement 41 ist
dabei ein Außenlamellenträger einer
anderen Kupplung. Dieser Außenlamellenträger 41 ist
gegenüber
der Hauptnabe 47 ortsfest fixiert.
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Die
Membranfeder 100 ist am Kraftübertragungsteil 67 durch
einen Sicherungsring 49 axial fixiert.
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Das
Dichtelement 120 liegt gefaltet zwischen dem Kraftübertragungsteil 67 und
der Membranfeder 100. Es ist dort in axialer und radialer
Richtung fixiert. Das Dichtelement 120 besteht beispielsweise
auch hier aus zwei Wandungen 122, 124 unterschiedlich großer Fläche. Beide
Wandungen treffen sich im Bodenbereich 121. Letzterer ist
hier als Falte ausgebildet. Der Bodenbereich kann so schmal sein,
dass sich die Wandungen 122, 124 nahezu berühren.
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Die
kleinere Wandung 124 liegt im Kraftübertragungsteil 67 in
einer Umlaufsicke 66. Ggf. befinden sich in der Umlaufsicke 66 im
Bereich der Unterkante 125 der Wandung 124 eine
oder mehrere Anschlagerhebungen 65. Diese Anschlagerhebungen 65 greifen
in Kerben 126 der Wandung 124 ein. Dadurch wird
verhindert, dass das Dichtelement 120 relativ zum Ringkolben 61 wandert.
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Die
Wandung 122 liegt an der Membranfeder 100 in einer
Kontaktzone 127 an. Diese Kontaktzone 127 liegt
im Bereich der freien Federzungenenden.
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Im
Ausführungsbeispiel
nach 2 hat die Wandung 124 eine radiale Tiefe,
die der Hälfte
der radialen Tiefe der Wandung 122 entspricht. Die radiale Tiefe
ist jeweils der ungefähre
Abstand zwischen der jeweiligen Unterkante 123, 125 und
dem Bodenbereich 121. Da die Unterkante 125 weitgehend
dicht am Kraftübertragungsteil 67 anliegt,
staut sich bei rotierender Kupplung das Hydrauliköl 4 bis
zur Unterkante 123 der Wandung 122. Der radiale
Abstand zwischen der Unterkante 123 und der Innenseite
des Bodenbereiches 121 entspricht der Höhe 129 der unter der
Fliehkraft stehenden Ölsäule.
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Wird
die Kupplung geschlossen, bewegt sich der Ringkolben 61 in
axialer Richtung auf den Außenlamellenträger 41 zu.
Dabei legen sich die Wandungen 124 und 122 unter
einem Verdrängen
des Hydrauliköls 4 zumindest
bereichsweise aneinander.
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In 3 wird
gegenüber
der 2 anstelle eines Dichtelements 120 und
einer Membranfeder 100 mit offenen Schlitzen 103 eine
speziell abgedichtete Membranfeder 110 verwendet. Das Dichtungselement 120 entfällt. Die
abgedichteten Membranfedern 110 sind in den 4 und 5 dargestellt.
Sie bestehen ebenfalls aus einem Federring 101 und einer
Vielzahl von Federzungen 102. Die Federzungen 102 stehen
radial nach innen ab. In der Regel sind die Federzungen 102 so
angeordnet, dass ihre gedachten Mittellinien sich alle in einem
Punkt schneiden. Ggf. können
innerhalb einer Membranfeder 100, 110 auch Federzungen
verwendet werden, von denen jede eine andere geometrische Form hat.
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Nach
den 4 und 5 sind die beispielsweise als
Schlitze geformten Ausnehmungen 103 mit einem gummielastischen
Werkstoff verschlossen, vgl. auch 3. Zur Abdichtung
gegenüber
dem Ringkolben 61 liegt – nach 3 – zwischen dem
Federring 101 und dem Kraftübertragungsteil 67 ein
Dichtelement, z.B. ein Dichtring 107. An den freien Zungenenden
befindet sich eine geschlossene Dichtlippe 108, deren Lippe
sich dichtend am Außenlamellenträger 41 abstützt. Ggf.
werden die Dichtelemente 106 und 108 aus dem gleichen
Werkstoff gefertigt und zeitgleich an der Membranfeder 100 angebracht.
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In
den Schlitzen 103 wird der gummielastische Werkstoff z.B.
im Spritzverfahren eingespritzt.
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Bei
der Membranfeder 110 nach 5 sind die
Schlitze 103 mit Schlitzgrundausrundungen 105 ausgestattet.
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- 1
- Trockenraum;
Getriebebereich, trocken
- 2
- Getriebenassraum
- 3
- Zweimassenschwungrad,
Schwungrad
- 4
- Hydrauliköl
- 10
- Getriebegehäuse, Gehäuseglocke
- 11
- Trennwand
- 20
- Kupplungseingangswelle
- 21
- Wellen-Naben-Verbindung
- 22
- Mitnehmerscheibensitz
- 24
- Bohrung,
zentral
- 30
- Mitnehmerscheibe
- 40
- erster
Außenlamellenträger, Abstützelement
- 41
- zweiter
Außenlamellenträger, Abstützelement
- 43
- Kanäle
- 45
- Ringzylinder
- 46
- Innenraum
- 47
- Hauptnabe
- 48
- Zylinderaußenwand
- 49
- Sicherungsring
- 50
- erste
Reibkupplung, Kupplung
- 51
- erste
Getriebeeingangswelle
- 52
- Wellen-Naben-Verbindung
- 53
- erster
Lamellenträgerflansch
- 54
- erster
Innenlamellenträger
- 55
- Lamellenpaket
- 56
- Außenlamellen
- 57
- Innenlamellen
- 58
- Lamellentragabschnitt,
außen
- 60
- erstes
Stellglied
- 61
- erster
Ringkolben, Kolben
- 62
- Kolbenabschnitt
- 65
- Anschlagerhebung
- 66
- Umlaufsicke
- 67
- Kraftübertragungsabschnitt
- 68
- Zungen
- 80
- erster
Arbeitsraum
- 90
- erster
Ausgleichsraum
- 99
- Rückraum
- 100
- Membranfeder,
Tellerfeder, Rückstellelement
- 101
- Federring
- 102
- Federzungen
- 103
- Federschlitze,
Schlitze, Ausnehmungen
- 105
- Schlitzgrundausrundungen
- 106
- Dichtelemente
zwischen (102)
- 107
- Dichtring,
außen;
Dichtelement
- 108
- Dichtlippe,
innen; Dichtelement
- 110
- Membranfeder,
abgedichtet
- 120
- Dichtelement,
Folie
- 121
- Bodenbereich
- 122
- erste
Wandung
- 123
- Unterkante
- 124
- zweite
Wandung
- 125
- Unterkante
- 126
- Kerbe
- 127
- Kontaktzone
- 129
- radiale Ölsäulenhöhe
- 150
- zweite
Reibkupplung, Kupplung
- 151
- zweite
Getriebeeingangswelle
- 152
- Wellen-Naben-Verbindung
- 153
- zweiter
Lamellenträgerflansch
- 154
- zweiter
Innenlamellenträger
- 155
- Lamellenpaket
- 156
- Außenlamellen
- 157
- Innenlamellen
- 158
- Lamellentragabschnitt,
innen
- 160
- zweites
Stellglied
- 161
- zweiter
Ringkolben, Kolben
- 162
- Kolbenabschnitt
- 167
- Betätigungsabschnitt
- 180
- zweiter
Arbeitsraum
- 181
- Zylinderring
- 190
- Ausgleichsraum
- 191
- Ausgleichsraumbegrenzungswandung
- 200
- Federelemente,
Rückholfedern,
Schraubenfedern