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Die
Erfindung betrifft eine Fliehkraftkupplung. Auch betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Betreiben einer Fliehkraftkupplung.
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Kupplungen
sind aus dem Stand der Technik in den unterschiedlichsten Bauvarianten
bekannt. Beispielsweise ist aus der europäischen Patentschrift
EP 0 950 826 B1 eine
Betätigung für eine axial wirksame Kupplungsdruckplatte
sowie eine dementsprechende Ausrückeinheit bekannt. Die
dieser Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe war es, eine möglichst schmal
und kompakt bauende Kupplung bereit zu stellen.
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Eine
Reduzierung des erforderlichen Bauraums wurde dadurch erzielt, dass
eine Tellerfeder derart ausgebildet ist, dass sie zum Aufbringen
einer im Wesentlichen axial gerichteten Kraft von einer im Wesentlichen
radial wirkenden Kraft betätigt wird. Durch die derart
ausgebildete Tellerfeder wird ein erheblicher Bauraum eingespart.
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Es
ist Aufgabe vorliegender Erfindung, derartige Kupplungen nochmals
weiter zu entwickeln.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird von einer steuerbaren Fliehkraftkupplung
gelöst.
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An
sich sind Fliehkraftkupplungen in verschiedensten Ausführungsformen
hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen
neben den zu kuppelnden Getriebegliedern, wie beispielsweise Ausgangs-
und Eingangswellen und ähnlichem Ausrückeeinrichtungen,
die in Abhängigkeit von einer Fliehkraft, die in der Regel
durch Fliehgewichte bereitgestellt wird, und mithin in Abhängigkeit von
einer Dreh- oder Rotationsgeschwindigkeit, die zu kuppelnden Getriebeglieder
aus- oder einkuppeln.
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Mittels
der steuerbare Fliehkraftkupplung werden dementsprechend ebenfalls
ein erstes Drehmoment übertragenes Element und ein zweites Drehmoment übertragenes
Element gekuppelt oder entkuppelt. Bei den Elementen kann es sich
insbesondere um eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle handeln.
Vorliegend umfasst die steuerbare Fliehkraftkupplung vorzugsweise
mindestens eine Andruckplatte und Reibbeläge, insbesondere
eine Reibscheibe, etwa zum Bereitstellen von Wirkflächen,
an welchen die beiden Elemente kuppeln. Darüber hinaus
finden vorzugsweise Fliehgewichte Verwendung, die mit einer entsprechenden
Ausrückeeinrichtung zusammenwirken.
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Darüber
hinaus sind zum Steuern der steuerbaren Fliehkraftkupplung ergänzend
Mittel zum Steuern der Fliehkraftkupplung vorgesehen, mittels welcher
sich die Fliehkraftkupplung unabhängig von einer Drehzahl
ergänzend steuern lässt. Diese Mittel sind erfindungsgemäß in
der Lage, den von den Fliehgewichten aufgebrachten Ausrückekräften
entgegen zu wirken und können extern angesteuert werden.
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Mit
dem Begriff „steuerbare Fliehkraftkupplung" ist demnach
vorliegend eine Fliehkraftkupplung beschrieben, deren Funktion unabhängig
von ihrer Drehzahl ergänzend beeinflussbar bzw. steuerbar
ist. Vorliegend bedeutet dies, dass die steuerbare Fliehkraftkupplung
selbst in Drehzahlbereichen steuerbar ist bzw. bleibt, in welchen
herkömmliche Fliehkraftkupplungen nur in einem Arbeitszustand,
beispielsweise in einem gekoppelten Zustand, betrieben werden können.
In der Regel wird vorliegend die Fliehkraftkupplung in einem Drehzahlintervall
zwischen 300 U/min und 1000 U/min gesteuert, wobei sich dieses Drehzahlintervall
je nach Anwendungsbereich verschieben kann. Vorliegend spielt es
jedoch keine Rolle, ob die steuerbare Fliehkraftkupplung im gesamt
möglichen Drehzahlbereich oder nur in wenigstens einem
Teildrehzahlbereich steuernd einsetzbar ist.
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In
Abweichung von bekannten Kupplungen lässt sich eine erfindungsgemäße
Kupplung bei gleichen Kuppelkräften wesentlich kompakter
bauen, da durch die Fliehgewichte je nach konkreter Ausgestaltung
ein Hauptteil der Kuppelkräfte aufgebracht werden kann,
während die Steuermittel für geringere Kräfte
ausgelegt werden können, da sie lediglich bei Aus- bzw.
Einkuppelvorgängen steuernd eingreifen brauchen. Herkömmliche
Kupplungen, welche ohne Fliehgewichte arbeiten und sämtliche
Kuppelkräfte aus der Ansteuerung aufbringen müssen,
müssen wegen entsprechend hoher Ansteuerkräfte
verhältnismäßig aufwändig und
groß ausgelegt sein. Herkömmliche Fliehkraftkupplungen
reagieren jedoch ausschließlich drehzahlabhängig,
so dass Ein- und Auskuppelvorgänge verhältnismäßig starr
und unter gegebenen Umständen, beispielsweise bei sehr schnellen
Drehzahländerungen, ruckartig ablaufen. Da durch die Fliehgewichte
die erforderlichen Kupplungskräfte auf verhältnismäßig
kleinem Bauraum aufgebracht werden können und die Steuerung
bei verhältnismäßig geringen Kräften
und somit kleinem Bauraum einen externen Eingriff auf die Ein- und Auskuppelvorgänge
erlaubt, baut die erfindungsgemäße steuerbare
Fliehkraftkupplung äußerst klein und ermöglicht
dennoch einen Eingriff auf die Ein- bzw. Auskuppelvorgänge.
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In
diesem Zusammenhang sei betont, dass die erfindungsgemäße
steuerbare Fliehkraftkupplung nicht mit herkömmlichen steuerbaren
Kupplungen zu verwechseln ist, bei denen parasitär ebenfalls
Fliehkräfte auftreten. Einerseits werden bei herkömmlichen
Kupplungen derartige Fliehkräfte durch bauliche Maßnahmen,
wie beispielsweise einen rotationssymmetrischen Aufbau oder Halteringkonstruktionen,
weitestgehend vermieden. Andererseits sind bei herkömmlichen
Kupplungen derartige Fliehkräfte klein gegenüber
den Ausrücke- bzw. Kuppelkräften, welche von der
jeweiligen Ansteuerung aufgebracht werden, so dass diese Fliehkräfte
nicht in der Lage sind, eine entsprechende Kupplung im Rahmen der Drehzahlen,
für welche diese Kupplung ausgelegt ist, zu öffnen
oder zu schließen. Gegenteilig hierzu ist gerade dieses
bei den erfindungsgemäßen steuerbaren Fliehkraftkupplungen
der Fall.
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Es
versteht sich, dass die erfindungsgemäße Steuerung
der Fliehkraftkupplung in vielfältiger Weise realisiert
werden kann.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch von einem Verfahren
zum Betreiben einer Fliehkraftkupplung gelösten, bei welchem
die Fliehkraftkupplung ergänzend zur Drehzahl gesteuert
wird.
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Eine
Verfahrensvariante sieht vor, dass eine Kennlinie über
der Drehzahl zum Kuppeln oder Entkuppeln verlagert wird. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Kennlinie über der Drehzahl
zum Kuppeln oder Entkuppeln während des Betriebs der Fliehkraftkupplung
verlagert wird.
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Eine
dementsprechende Ausführungsvariante sieht vor, dass die
steuerbare Fliehkraftkupplung hierzu Mittel zum Verlagern der Kennlinie über
der Drehzahl der steuerbare Fliehkupplung aufweist.
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Mit
dem Begriff „Kennlinie über die Drehzahl" ist
vorliegend die Kennlinie beschrieben, welche bestimmt, bei welcher
Drehzahl die steuerbare Fliehkraftkupplung kuppelt bzw. entkuppelt
bzw. mit welchen Kräften die entsprechende Ausrückeeinrichtung auf
die Kupplung bzw. die kuppelnden Baugruppen wirkt.
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Vorzugsweise
umfassen die Verlagerungsmittel eine Feder, welche den von den Fliehgewichten
aufgebrachten Kräften entgegenwirkt. Durch die Feder und
deren Kennlinie kann die Kennlinie der Gesamtanordnung zuvor verhältnismäßig
genau und mit ausreichender Variabilität eingestellt werden.
Insbesondere lässt sich eine Federkennlinie, und somit dann
auch die Kennlinie der Gesamtanordnung, durch verhältnismäßig
einfache und an sich bekannte Maßnahmen extern steuernd
beeinflussen.
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Baulich
besonders einfach lassen sich die Verlagerungsmittel gestalten,
wenn sie eine Tellerfeder umfassen. Die Federkraftkennlinie einer
Tellerfeder lässt sich problemlos und betriebssicher individuell
einstellen und mit aus dem Stand der Technik für steuerbare
Kupplung hinlänglichen Maßnahmen auch während
des Betriebs verändern, indem beispielsweise über
entsprechende Ausrückebereiche oder -lippen Gegenkräfte
extern aufgebracht werden, wie dieses bei bekannten Kraftfahrzeugkupplungen und
ihren Ausrückern bekannt ist. Da jedoch erfindungsgemäß nicht
sämtliche Ausrücke- bzw. Kuppelkräfte
sondern lediglich die Kräfte zum verlagern der Kennlinie
aufgebracht werden müssen, kann die gesamte Ausrückeeinrichtung
wesentlich kleiner dimensioniert werden.
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Verfahrenstechnisch
ist es weiter vorteilhaft, wenn zum Verlagern der Kennlinie die
Federkraft einer Tellerfeder moduliert wird.
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Insbesondere
im Zusammenhang mit einer Kraftfahrzeugkupplung hat sich gezeigt,
dass es vorteilhaft ist, wenn die Fliehkraftkupplung bei einer Betriebsdrehzahl
zwischen 300 U/min und 1000 U/min, vorzugsweise zwischen 500 U/min
und 800 U/min, derart gesteuert wird, dass die Fliehkraftkupplung
ein erstes Drehmoment übertragenes Element und ein zweites
Drehmoment übertragenes Element miteinander kuppelt oder
voneinander entkuppelt.
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Wie
bereits vorstehend erläutert, ist es vorteilhaft, wenn
die steuerbare Fliehkraftkupplung Mittel zum Erzeugen von Ausgleichskräften
auf weist, welche den in der steuerbaren Fliehkraftkupplung, beispielsweise
durch Fliehgewichte, generierten Fliehkräften entgegenwirken.
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Derartige
Ausgleichskräfte lassen sich baulich besonders einfach
erzeugen, wenn die Mittel zum Erzeugen der Ausgleichskräfte
eine Tellerfeder umfassen. Mittels der Tellerfeder können
besonders platzsparend und betriebssicher ausreichend große Ausgleichskräfte
zu Verfügung gestellt werden, um die Kennlinie in gewünschter
Weise einzustellen, beispielsweise dahingehend, bei welcher Drehzahl
die Fliehkraftkupplung kuppelt bzw. entkuppelt.
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Weiter
ist es dementsprechend vorteilhaft, wenn die Mittel zum Erzeugen
der Ausgleichskräfte Mittel zum Verändern der
Ausgleichskräfte aufweisen. Hierdurch lässt sich
die vorliegende Kennlinie besonders einfach während des
Betriebes modulieren.
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Die
vorliegende Kupplung baut besonders klein, wenn die Mittel zum Verändern
der Ausgleichskräfte näher an einer gemeinsamen
Rotationsachse der Fliehkraftkupplung angeordnet sind als Fliehgewichte
der Fliehkraftkupplung. Ebenso können die Mittel zum Erzeugen
der Ausgleichkräfte näher an einer gemeinsamen
Rotationsachse der Fliehkraftkupplung angeordnet sein als Fliehgewichte
der Fliehkraftkupplung. Durch eine derartige Anordnung wird es jeweils
möglich, die Fliehgewichte sehr weit radial außen
anzuordnen, so dass sie aufgrund ihres Abstandes zur Rotationsachse
eine maximale Wirkung zeigen und mithin möglichst klein
ausgelegt werden können. Es versteht sich, dass je nach
konkreter Ausges taltung dieser Vorteil schon erreicht werden kann,
wenn lediglich einige Baugruppen der Mittel zum Erzeugen bzw. Verändern
der Ausgleichskräfte radial näher an der Rotationsachse
als die Fliehgewichte bzw. als die Hauptmassen der Fliehgewichte
angeordnet sind.
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Eine
andere vorteilhafte Ausführungsvariante sieht kumulativ
oder alternativ vor, dass die Fliehkraftkupplung Mittel zum Steuern
umfasst, die vorzugsweise mit den Mitteln zum Erzeugen und/oder den
Mitteln zum Verändern der Ausgleichskräfte wirkverbunden
sind und die einen Wandler mit einer ortsfesten Baugruppe und einer
rotierenden Baugruppe aufweisen, wobei die rotierende Baugruppe des
Wandlers und/oder die ortsfeste Baugruppe des Wandlers radial weiter
entfernt von der gemeinsamen Rotationsachse angeordnet ist als eine
Wirkfläche zwischen zwei kuppelnden Baugruppen der Fliehkraftkupplung.
Je nach konkreter Ausgestaltung kann hierdurch eine vorteilhafte
Bauraumverringerung in axialer Richtung erzielt werden. Ebenso kann bei
bestimmten Ausführungsformen der Wirkungsgrad der Steuermittel,
wenn diese radial sehr weit außen angeordnet sind, vorteilhaft
erhöht werden, was insbesondere dann gilt, wenn sowohl
die rotierende als auch die ortsfest Baugruppe des Wandlers radial weiter
entfernt von der gemeinsamen Rotationsachse angeordnet sind als
die Wirkfläche.
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Vorzugsweise
kann eine Wechselwirkung zwischen der ortsfesten Baugruppe und der
rotierenden Baugruppe des Wandlers radial weiter entfernt von der
gemeinsamen Rotationsachse als die Wirkfläche erfolgen, insbesondere
wenn der Wirkungsgrad dieser Wechselwirkung maximiert werden soll.
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Andererseits
kann es vorteilhaft sein, wenn die Wirkfläche radial weiter
entfernt von der gemeinsamen Rotationsachse angeordnet ist als die
rotierende Baugruppe des Wandlers und/oder die ortsfeste Baugruppe
des Wandlers. Dieses gilt insbesondere dann, wenn radial innenliegend
ausreichend Bauraum vorhanden ist und/oder wenn zwischen der rotierenden
und der ortsfesten Baugruppe eine im Dauerbetrieb mit Verlust behaftete,
beispielsweise reibende, Wechselwirkung besteht. Dementsprechend ist
es dann von Vorteil, wenn eine Wechselwirkung zwischen der ortsfesten
Baugruppe und der rotierenden Baugruppe des Wandlers radial näher
an der gemeinsamen Rotationsachse erfolgt als die Wirkfläche angeordnet
ist.
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Es
versteht sich hierbei, dass der Wandler auch Baugruppen aufweisen
bzw. auch mit Baugruppen verbunden sein kann, welche bis in den
Bereich der Wirkfläche reichen.
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In
vorliegendem Zusammenhang versteht es sich, dass die steuerbaren
Fliehkraftkupplung vorzugsweise und insbesondere während
des Betriebs der Kupplung, also wenn diese rotiert, ansteuerbar sein
sollte.
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Auch
ist es von Vorteil, wenn die Kennlinie, die bei einer sehr einfach
aufgebauten Fliehkraftkupplung einen verhältnismäßig
unstetigen Verlauf an der kritischen Drehzahl, an welcher die Fliehkräfte einen
kritischen Wert übersteigen, aufweist, durch die Ausgleichskräfte
gleichförmi ger ausgeprägt wird. Vorzugsweise können
dann die Mittel zur Verlagerung der Kennlinie bzw. die Steuermittel
genau in diesem Bereich steuernd oder regelnd eingreifen. Hierbei
ist dieser Eingriff bevorzugt in seiner stärke einstellbar
und nicht auf einen binären Eingriff, Ein oder Aus bzw.
Ja oder Nein, beschränkt.
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Die
Steuermittel bzw. diesbezügliche Bauteile und/oder Bauteilgruppen
können vielfältiger Gestalt sein. Insbesondere
bei einer elektrisch angesteuerten Varianten sieht eine vorteilhafte
Ausführungsvariante einen Magneten als ortsfeste Baugruppe
und einen magnetisierbaren Ausrückerring als rotierende
Baugruppe vor. Insbesondere lassen sich diese Baugruppen wirkungsvoll
radial außen an einer Kupplung vorsehen und ermöglichen
eine berührungslose und somit im Dauerbetrieb sehr verlustarme
Wechselwirkung.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Kupplung Mittel zum Beschleunigen, insbesondere
Mittel zum Verzögern, der rotierenden Baugruppe in Bezug
auf eine weitere rotierende Baugruppe der Steuermittel aufweist.
Derartige Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsmittel können
baulich besonders einfach mittels des vorstehend beschriebenen Wandlers
realisiert und dann zu Aus- bzw. Einrücken der Kupplung
genutzt werden, indem die Relativbewegung in eine Bewegung des Ausrückers
umgesetzt wird.
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Ein
erstes Drehmoment übertragendes Element ist baulich einfach
von einem Kupplungsflansch mit einer Kupplungsdruckplatte bereit
gestellt. Der Kupplungsaufbau gestaltet sich weiter als vorteilhaft, wenn
das zweite Drehmoment übertragende Element eine Mitnehmerscheibe
umfasst.
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Die
Betätigungsvorrichtung baut besonders kompakt, wenn zum
Ausrücken der Kupplung, der drehbar an einem mit der Kupplung
umlaufenden Kupplungsgehäuse gelagert ist. Auf diese Weise
lassen sich entsprechende Kräfte gut und zielsicher bei minimalem
axialen Bauraum wirksam übertragen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Ausrücker radial von einer Kupplungsdrehachse
weiter entfernt angeordnet ist als eine Kupplungswirkfläche.
Eine derartige Anordnung ermöglicht eine weitere Reduzierung der
Baugröße.
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Um
eine Steuerung der steuerbaren Fliehkraftkupplung zu ermöglichen,
kann diese eine Bremse umfassen, mittels welcher entsprechende Steuerkräfte,
beispielsweise Kräfte zur rotatorischen Verlagerung zweier
gleichsinnig umlaufender Baugruppen gegeneinander, aufgebracht werden
können. Aus der Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit
können dann entsprechende Gegenkräfte, wie Ausgleichskräfte
bzw. Kuppelkräfte, bereitgestellt werden. Es versteht sich,
dass als Mittel zum Bremsen eine Vielzahl an geeigneten Vorrichtungen
eingesetzt werden können. Erste Ausführungsvarianten
sehen eine Backenbremse, eine Wirbelstrombremse oder eine Bandbremse
vor.
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Eine
weitere kumulativ bzw. alternativ bevorzugte Ausführungsvariante
sieht vor, dass die Kupplung mechanische Steuermittel aufweist,
die vorzugsweise mit den Mitteln zum Erzeugen und/oder den Mitteln
zum Verändern der Ausgleichskräfte wirkverbunden
sind und die eine ortsfeste Baugruppe und eine rotierende, mechanisch
mit der ortsfesten wechselwirkende Baugruppe umfassen.
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So
sieht eine einfache Ausführungsvariante sieht dann auch
vor, dass die Steuermittel mit einer Tellerfeder wirkverbunden sind.
Es versteht sich, dass zum Realisieren der Steuermittel und zur
Einbringung der entsprechenden Kräfte in die Fliehkraftkupplung
eine Vielzahl an technischen Einrichtungen heran gezogen werden
können. Es hat sich jedoch heraus gestellt, dass Federn,
insbesondere Tellerfedern, eine besonders präzise Steuerung
der Fliehkraftkupplung ermöglichen. Zudem sind sie im Vergleich
zu technisch aufwändigeren Bauteilen wesentlich günstiger
in der Herstellung, wobei sie sich zusätzlich auch durch
einen geringen Wartungsaufwand und eine hohe Freiheit in der Ausgestaltung
der Kennlinie auszeichnen.
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Konstruktiv
einfach baut die Kupplung, wenn die mechanischen Steuermittel einen
Nockenring und/einen Gewindering aufweisen, mittels dessen eine
Axialbewegung einer rotierenden Baugruppe der Steuermittel induzierbar
ist. Insbesondere können auf diese Weise baulich einfach
und betriebssicher Kräfte von einer ortsfesten Baugruppe
auf eine rotierende Baugruppe der Fliehkraftkupplung übertragen
werden.
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Darüber
hinaus ist es entsprechend vorteilhaft, wenn die Steuermittel einen
Zentralausrücker umfassen. Mittels des Zentralausrückers
bei minimalen Verlusten Steuerkräfte in die steuerbare
Fliehkraftkupplung eingebracht werden.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass
die steuerbare Fliehkraftkupplung Fliehgewichte umfasst, welche
derart gelagert sind, dass im Wesentlichen radial wirkende Fliehkräfte
in im Wesentlichen axial wirkende Kuppelkräfte umgewandelt
werden.
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Dies
ist baulich besonders einfach realisiert, wenn die steuerbare Fliehkraftkupplung
Fliegewichte umfasst, welche um Kippachsen kippbar gelagert sind.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Kippachsen im Wesentlichen parallel zu Wirkflächen
der Kupplung angeordnet sind. Hierdurch lassen sich Radialkräfte baulich
besonders einfach in nutzbare Axialkräfte umlenken.
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Darüber
hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Kippachsen radial weiter entfernt
von der gemeinsamen Rotationsachse angeordnet sind als die Wirkflächen.
Hierdurch lässt sich die axiale Baulänge der Kupplung
weiter reduzieren, indem die Kippachsen auf axialer Höhe
der Wirkflächen angeordnet werden.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn Fliehgewichte der steuerbaren
Fliehkraftkupplung radial wirkende Sicherungsmittel umfassen, mittels
welcher eine Radialbewegung der Fliehgewichte begrenzt ist. Insbesondere bei
hohen Umfanggeschwindigkeiten und entsprechend hohen Fliehkräften,
die dann auch entsprechende Kupplungskräfte bedingen, kann
bei Unfallsituationen oder Materialbrüchen verhindert werden,
dass die Fliegewichte unkontrolliert durch den Getriebe- oder Motorraum
fliegen.
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Um
einen unerwünscht weiten Ausschlag der Fliehgewichte und
somit ein zu starke Belastung der auf die Kupplung wirkenden Kräfte
zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Fliehgewichte entsprechende
Sicherungsmittel umfassen. Insbesondere um den Ausschlag einer Kippbewegung
der Fliehgewichte einzuschränken, ist es vorteilhaft, wenn
Fliehgewichte der steuerbaren Fliehkraftkupplung radial wirkende
Sicherungsmittel umfassen, mittels welchen eine Kippbewegung der
Fliehgewichte begrenzbar ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die radial
wirkenden Sicherungsmittel radial weiter entfernt von der gemeinsamen
Rotationsachse angeordnet sind als Wirkflächen. Auch durch
diese Maßnahme lässt sich eine Verringerung der
axialen Bautiefe erzielen.
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Um
eine vorteilhafte Kraftübertragung zwischen den Fliehgewichten
der steuerbaren Fliehkraftkupplung und weiteren Bauteilen, wie etwa
insbesondere einer Kupplungsdruckplatte, der Kupplung zu ermöglichen,
ist es vorteilhaft, wenn Fliehgewichte der steuerbaren Fliehkraftkupplung
Nocken umfassen, mittels welchen die Fliehgewichte mit einer Kupplungsdruckplatte
der Kupplung direkt, also unmittelbar, oder indirekt, also über
weitere Baugruppen, zur Übertragung der Fliehkräfte
bzw. Andruckkräfte kommunizieren. Durch die Nocken lässt
sich die Wechselwirkung zu den weiteren Baugruppen, wie beispielsweise
zu einer Kupplungsandruckplatte oder zu Ausgleichsmitteln, wie z.
B. zu einer Tellerfeder, genau definieren.
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Darüber
hinaus ist es vorteilhaft, wenn Fliehgewichte und Steuermittel der
steuerbaren Fliehkraftkupplung an einer gemeinsamen rotierenden
Bauteilgruppe angeordnet sind. Hierdurch sind sowohl die Fliehgewichte
als auch die Steuermittel innerhalb der vorliegenden Kupplung baulich
kompakt angeordnet und untergebracht, so dass auch die Kupplung
entsprechend kompakt baut.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand
nachfolgender Erläuterung anliegender Zeichnung beschrieben,
in welcher beispielhaft Kupplungen mit Kupplungsbetätigungen
dargestellt sind.
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Es
zeigt
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1 schematisch
einen Längsschnitt einer elektromagnetisch steuerbaren
Fliehkraftkupplung;
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2 schematisch
einen Längsschnitt einer weiteren elektromagnetisch steuerbaren
Fliehkraftkupplung;
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3 schematisch
eine Aufsicht auf ein Kulissenblech mit Bauteilen der steuerbaren
Fliehkraftkupplung aus der 2, und
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4 schematisch
einen Längsschnitt einer mechanisch steuerbaren Fliehkraftkupplung.
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Die
in der 1 gezeigte steuerbare Fliehkraftkupplung 1 überbrückt
einen Kraftfluss zwischen einer ersten Welle 2 und einer
zweiten Welle 3. Vorliegend handelt es sich bei der ersten
Welle 2 um eine Antriebswelle und bei der zweiten Welle 3 um eine
Abtriebswelle.
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Die
Fliehkraftkupplung 1 umfasst ein nicht mitrotierendes Gehäuse 4,
in welchem als ortsfeste Baugruppe der Fliehkraftkupplung 1 ein
Magnet 5 integriert ist.
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An
der ersten Welle 2 ist ein Kupplungsflansch 6 der
Kupplung 1 mittels geeigneter Schrauben 7 angeschraubt.
Der Kupplungsflansch 6 ist mit einem Anlasserzahnkranz 8 ausgestattet.
Darüber hinaus weist der Kupplungsflansch 6 eine
Kupplungsdruckplatte 9 auf, welche mittels geeigneter Haltemittel,
vorliegend in Form eines Haltebolzens 10, drehfest aber
axial beweglich an dem Kupplungsflansch 6 befestigt ist.
Mittels der Kupplungsdruckplatte 9 werden ein erster Kupplungsreibbelag 11 und ein
zweiten Kupplungsreibbelag 12, die jeweils in einem Spalt 13 zwischen
Kupplungsdruckplatte 9 und dem Kupplungsflansch angeordnet
und an einer Mitnehmerscheibe 14 befestigt sind, reibend
ergriffen, wenn die Kupplung geschlossen wird. Die Mitnehmerscheibe 14 wiederum
ist mittels Mitnehmerscheibenhaltebolzen 15 an einer Rotationsscheibe 16 befestigt.
Die Rotationsscheibe 16 ist mit einer Kupplungswellennabe 17 verbunden,
wobei die Kupplungswellennabe 17 auf der zweiten Welle 3 aufgeschrumpft
ist.
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Mittels
des beschriebenen und an sich bekannten Kupplungsaufbaus kann ein
Kraftfluss von der ersten Welle 2 auf die zweite Welle 3 oder
umgekehrt erfolgen oder getrennt werden. Hierzu wird die Kupplungsdruckplatte 9 gemäß Axialbewegung 18 in Richtung
des Kupplungsflansches 6 gedrückt, wobei dann
die Mitnehmerscheibe 14 mit den beiden Kupplungsreibbelägen 11 und 12 mittels
Reibschluss geklemmt und mitgenommen wird. Somit folgt dann die zweite
Welle 3 einer Rotationsbewegung 19 der ersten
Welle 2 um eine gemeinsame Rotationsachse 20 der
beiden Wellen 2 und 3.
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Damit
die Kupplungsdruckplatte 9 gemäß der
Axialbewegung 18 gegen den Kupplungsflansch 6 bzw.
von dem Kupplungsflansch 6 weg bewegt werden kann, umfasst
die Kupplung 1 eine steuerbare Fliehkraftkupplung 21,
welche gemeinsam mit dem Kupplungsflansch 6 und der Kupplungsdruckplatte 9 um
die gemeinsame Rotationsachse 20 rotiert.
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Die
steuerbare Fliehkraftkupplung 1 umfasst bereitgestellte
Fliehgewichte 22 (hier nur exemplarisch gezeigt), die mit
steigender Rotationsgeschwindigkeit der Kupplung 1 gemäß der
Rotationsbewegung 19 um die gemeinsame Rotationsachse 20 rotieren.
Ist die Rotationsgeschwindigkeit ausreichend hoch, beginnen die
Fliehgewichte 22 um eine Kippachse 23 gemäß einer
Kippbewegung 24 zu kippen. Durch diese Kippbewegung 24 um
die Kippachse 23 werden radial wirkende Fliehkräfte 25 der
Fliehgewichte 22 in axial wirkende Druckkräfte 26 transformiert.
Dies hat zur Folge, dass die Kupplungsdruckplatte 9 auf
Grund der durch die Fliehge wichte 22 erzeugten Fliehkräfte 25 immer
stärker gegen den Kupplungsflansch 6 gedrückt
wird, wobei die Mitnehmerscheibe 14 von den Kupplungsreibbelägen 11 und 12 zunehmend
stärker gepackt wird. Die Fliehgewichte 22 sind
vorliegend baulich besonders einfach mittels einer Faltung einer
Tellerfeder realisiert, die im Übrigen derart gewählt
ist, dass die Kupplung bei Stillstand geöffnet und ab einer
bestimmten Drehzahl, die vorzugsweise unmittelbar über
der Lehrlaufdrehzahl liegt, geschlossen ist.
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Um
die steuerbare Fliehkraftkupplung 21 unabhängig
von der Intensität der Rotation 19 steuern bzw.
regeln zu können, umfasst die Kupplung 1 zusätzlich
eine Betätigung 27 für die steuerbare
Fliehkraftkupplung 21, die einen elektromagnetisch arbeitenden
Wandler 28 mit dem Magneten 5 als ortsfeste Baugruppe
und einen magnetisierbaren Ausrücker 29 als rotierende
Baugruppe umfasst und mittels welcher Mittel zum Verlagern der Kennlinie über
die Drehzahl realisiert sind. Die Betätigung 27 des
elektromagnetisch arbeitenden Wandlers 28 mit all ihren Bauteilen
und Bauteilgruppen rotieren mit dem Kupplungsflansch 6 gemäß der
Rotation 19 um die gemeinsame Rotationsachse 20.
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Der
magnetisierbare Ausrücker 29 weist in seinem inneren
Bereich, also im Bereich der Fliehgewichte 22, eine Kurve 30 auf,
an der Kugeln 31 abrollen.
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Werden
in dem magnetisierbaren Ausrücker 29 mittels eines
elektromagnetischen Feldes des Magneten 5 Wirbelströme
erzeugt, so kann dieser in seiner Rotation derart verzögert
werden, dass der magnetisierbare Ausrücker 29 auch
gegenüber dem Kupplungsflansch 6 verzögert
rotiert, so bewegen sich die Kugeln 31 entlang der Kurve 30 und
drücken hierbei einen Kugelgreifer 32 der Fliehgewichte 22 bzw.
der Tellerfeder in eine radiale Richtung 33. Mittels der
Bewegung des Kugelgreifers 32 bewegen sich die Fliehgewichte 22 bzw.
die Tellerfeder in eine axiale Richtung, die der Axialbewegung 18 im
Wesentlichen entgegen gesetzt gerichtet ist, so dass die Kupplungsdruckplatte 9 von
den axial wirkenden, durch die Fliehkräfte bedingten Druckkräften 26 entlastet
wird. Hierdurch reduziert sich der Reibschluss zwischen der Mitnehmerscheibe 14 und
den Kupplungsreibbelägen 11 und 12, so
dass der Kraftfluss zwischen den beiden Wellen 2 und 3 getrennt
wird, obwohl die Rotationsgeschwindigkeit der beiden Wellen 2 und 3 nicht
verringert bzw. gegebenenfalls sogar erhöht wird.
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Zum
Trennen des Kraftflusses kippen die Fliehgewichte 22, durch
die Vorspannung der Tellerfeder bedingt, um die Kippstelle 23 in
eine Kipprichtung, die der Kippbewegung 24 entgegengesetzt
ist.
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Die
Kippachsen 23, an welcher die Fliehgewichte 22 angelenkt
werden, wird vorliegend durch ein Kulissenblech 34 der
Kupplung 1 gebildet.
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Die
in der 2 gezeigte steuerbare Fliehkraftkupplung 101 umfasst
einen Kupplungsflansch 106 mit einem Zahnkranz 108.
Der Kupplungsflansch 106 ist mittels Schrauben 107 an
einem Wellenende 140 einer ersten Welle 102 angeschraubt.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kupplungsflanschrotationsscheibe 141 mit
Befestigungsschrauben 142 an dem Kupplungsflansch 106 geschraubt.
Die Kupplungsflanschrotationsscheibe 141 dient als Träger
eines doppelwandigen Kulissenbleches 134 (siehe auch 3).
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Das
doppelwandige Kulissenblech 134 beherbergt Fliehgewichte 122 (hier
nur exemplarisch beziffert), welche jeweils mit einem Kupplungsreibbelag 111 (hier
nur exemplarisch beziffert) ausgestattet sind.
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Jedes
der Fliehgewichte 122 ist um eine Kippachse 143 derart
an dem doppelwandigen Kulissenblech 134 gelagert, dass
jedes Fliehgewicht 122 bei einer entsprechend hohen Rotationsgeschwindigkeit der
Kupplung 101 um eine gemeinsame Rotationsachse 120 gemäß einer
radialen Richtung 133 radial ausgelenkt.
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Für
eine ausreichend hohe Rückstellkraft, welche vorgesehen
ist, die Fliehgewichte 122, insbesondere bei einem Stillstand
der Kupplung 101, in einer Ausgangsposition zu halten bzw.
in eine Ausgangsposition zurückzuführen, umfasst
die steuerbare Fliehkraftkupplung 121 Rückstellfedern 144 (siehe 3).
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Im
ausgelenkten Zustand geraten die Kupplungsreibbeläge 111 der
Fliehgewichte 122 in Kontakt mit einem Kupplungsreibflansch 100,
der an einem Wellenende 146 einer zweiten Welle 103 angeschraubt
ist. Im Kontaktfall entsteht ein Kraftfluss zwischen der ersten
Welle 102 und der zweiten Welle 103 über
die Kupplung 101.
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Soll
die steuerbare Fliehkraftkupplung 101 unabhängig
von der Rotationsgeschwindigkeit, insbesondere der ersten Welle 102,
gesteuert werden, wird die steuerbare Fliehkraftkupplung 121 mittels
eines elektromagnetisch arbeitenden Wandlers 128 gesteuert,
der einen Magneten 105 als ortsfeste Bauteilgruppe und
einen magnetisierbaren Ausrücker 129 umfasst.
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Hierzu
wirkt ein von dem Magneten 105 erzeugtes elektromagnetisches
Feld auf den magnetisierbaren Ausrücker 129. Dieser
wird von dem elektromagnetischen Feld beeinflusst und führt
hierdurch eine Relativbewegung gegenüber dem doppelwandigen
Kulissenblech 134 aus. Die Fliehgewichte 122 mit
ihren Reibbelägen 111 werden durch diese Relativbewegung
von dem Kupplungsreibflansch 145 entfernt, so dass ein
zuvor geschlossener Kraftfluss zwischen den beiden Wellen 102, 103 aufgehoben
ist. Hierbei sind die Kräfteverhältnisse derart
eingestellt, dass ein von der Drehzahl unabhängiges Öffnen
bei höheren Drehzahlen nicht möglich ist. Bei
niedrigeren Drehzahlen reichen die Kräfte jedoch aus, die Kennlinie
der Fliehkraftkupplung maßgeblich zu beeinflussen.
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Die
in der 4 gezeigte steuerbare Fliehkraftkupplung 201 umfasst
einen Kupplungsflansch 206, der einen Zahnkranz 208 aufweist
und an einem Wellenende 240 einer ersten Welle 202 befestigt
ist. Darüber hinaus umfasst der Kupplungsflansch 206 eine
Kupplungsdruckplatte 209, die mit einem ersten Kupplungsreibbelag 211 wechselwirkt.
Der erste Kupplungsreibbelag 211 ist an einer Mitnehmerscheibe 214 neben
einem zweiten Kupplungsreibbelag 212 platziert, der unmittelbar
mit dem Kupplungsflansch 206 wechselwirkt. Zwischen dem
Kupplungsflansch 206 und der Kupplungsdruckplatte 209 ist
ein Spalt 213 vorhanden, in welchem die mit den Kupplungsreibbelägen 211, 212 angeordnet
ist. Die Mitnehmerscheibe 214 ist an einer Kupplungswellennabe 217 angeordnet,
welche auf einer zweiten Welle 203 aufgeschrumpft ist.
Sowohl die erste Welle 202 als auch die zweite Welle 203 rotieren
um eine gemeinsame Rotationsachse 220.
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Um
die Kupplung 201 schließen zu können, so
dass ein Kraftfluss über die Kupplung 201 von
der ersten Welle 202 zu der zweiten Welle 203 oder
umgekehrt fließen kann, müssen Druckkräfte 226 auf
die Kupplungsdruckplatte 209 aufgebracht werden.
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Zum
Aufbringen dieser axial wirkenden Druckkräfte 226 verfügt
die Kupplung 201 über Fliehgewichte 222.
Die Fliehgewichte 222 sind einerseits an einem Kulissenblech 234,
welches an dem Kupplungsflansch 206 befestigt ist und gemeinsam
mit dem Kupplungsflansch 206 umläuft, gelagert.
Das Kulissenblech 234 ist vorliegend im Bereich des Zahnkranzes 208 an
dem Kupplungsflansch 206 befestigt. Andererseits sind die
Fliehgewichte 222 an einem Haltearm 250 des Kulissenbleches 234 kippbar um
eine Kippachse 243 an dem Kulissenblech 234 gelagert.
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Die
Kippachse 243 verläuft parallel zu den Kupplungsreibflächen 251 der
Kupplungsreibbeläge 211, 212. Bei diesem
Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Kippachse 243 lotrecht
in die Papierebene nach 4 hinein bzw. aus dieser heraus.
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Hierdurch
kippen die Fliehgewichte 222 ab einer bestimmten Rotationsgeschwindigkeit
der Kupplung 201 um die Kippachse 234, so dass
sich die Fliehgewichte 222 auf Grund von radialen wirkenden
Fliehkräften 225 mit ihrem oberen Bereich 222A in
eine radiale Richtung 233 streben. Um den Kipppunkt 243 kippend
bewegt sich der untere Teil 222B der Fliehgewichte 222 in
eine axiale Bewegungsrichtung 252.
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Damit
die Fliehgewichte 220 in ihrer Bewegung in Radialrichtung
begrenzt werden, umfasst jedes Fliehgewicht 222 eine Sicherungsnase 253.
Diese stößt bei einer zu weiten Auslenkung der
Fliehgewichte 222 in radialer Richtung 233 gegen
dass Kulissenblech 234 und verhindern somit einen ungewünscht
starken Ausschlag der Fliehgewichte 222.
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Unterhalb
der Fliehgewichte 222 ist eine Tellerfeder 254 mittels
einer Nietverbindung 255 an dem Kulissenblech 234 befestigt.
Mittels der Tellerfeder 254 drückt eine Vorspannkraft 256 auf
die Fliehgewichte 222, so dass die Fliehgewichte 222 zumindest bei
Stillstand der Kupplung 201 von der Kupplungsdruckplatte 209 weg
gedrückt werden. Die Tellerfeder 254 bildet in
diesem Ausführungsbeispiel Mittel zum Erzeugen von Ausgleichskräften
und somit Mittel zum Verlagern der Kennlinie über die Drehzahl
der Kupplung 201.
-
Die
Kupplung 201 verfügt des Weiteren über einen
Zentralausrücker 260, mittels welchem die Tellerfeder 254 derart
ansteuerbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine
mechanische Betätigung 261 vorgesehen, die über
ein Betätigungslager 262 mit der Tellerfeder 254 korrespondiert
und einen Einstellhebel 263 umfasst, mittels welchem die
Intensität der Tellerfeder 254 regulierbar ist.
Dieses erfolgt über eine Einstellkurve 264, die
wiederum an einem Nockenring 265 gelagert ist. Wird nun
der Einstellhebel 263 entsprechend bewegt, verlagert sich
dieser dem Kurvenverlauf (hier nicht gezeigt) entsprechend der Kurve 264.
-
Die
mechanische Betätigung 261 ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein Steuermittel, mit welchem die vorliegende Fliehkraftkupplung 221 steuerbar
ist und bildet somit Mittel zum Verändern der Ausgleichskräfte,
welche den mittels der Fliehgewichte 222 erzeugten radial
wirkenden Fliehkräften 225 entgegenwirken.
-
- 1
- steuerbare
Fliehkraftkupplung
- 2
- erste
Welle (Antriebswelle)
- 3
- zweite
Welle (Abtriebswelle)
- 4
- Kupplungsgehäuse
- 5
- Magnet
(ortfeste Baugruppe)
- 6
- Kupplungsflansch
- 7
- Schrauben
- 8
- Zahnkranz
- 9
- Kupplungsdruckplatte
- 10
- Haltebolzen
- 11
- erster
Kupplungsreibbelag
- 12
- zweiter
Kupplungsreibbelag
- 13
- Spalt
- 14
- Mitnehmerscheibe
- 15
- Mitnehmerscheibenhaltebolzen
- 16
- Rotationsscheibe
- 17
- Kupplungswellennabe
- 18
- Axialbewegung
- 19
- Rotationsbewegung
- 20
- gemeinsame
Rotationsachse
- 22
- Fliehgewichte
- 23
- Kippstelle
- 24
- Kippbewegung
- 25
- radial
wirkende Fliehkräfte
- 26
- axial
wirkende Druckkräfte
- 27
- Betätigung
- 28
- elektromagnetisch
arbeitenden Wandler
- 29
- magnetisierbarer
Ausrücker
- 30
- Kurve
- 31
- Kugel
- 32
- Kugelgreifer
- 33
- radiale
Richtung
- 34
- Kulissenblech
- 101
- steuerbare
Fliehkraftkupplung
- 102
- erste
Welle
- 103
- zweite
Welle
- 106
- Kupplungsflansch
- 107
- Schraube
- 108
- Zahnkranz
- 111
- Kupplungsreibbeläge
- 120
- gemeinsame
Rotationsachse
- 122
- Fliehgewichte
- 133
- radiale
Richtung
- 134
- doppelwandiges
Kulissenblech
- 140
- Wellenende
der ersten Welle 102
- 141
- Kupplungsflanschrotationsscheibe
- 142
- Befestigungsschrauben
- 143
- Kippachse
- 144
- Rückstellfedern
- 145
- Kupplungsreibflansch
- 146
- Wellenende
der zweiten Welle 103
- 201
- steuerbare
Fliehkraftkupplung
- 202
- erste
Welle
- 203
- zweite
Welle
- 206
- Kupplungsflansch
- 208
- Zahnkranz
- 209
- Kupplungsdruckplatte
- 211
- erster
Kupplungsreibbelag
- 212
- zweiter
Kupplungsreibbelag
- 213
- Spalt
- 214
- Mitnehmerscheibe
- 217
- Kupplungswellennabe
- 220
- gemeinsame
Rotationsachse
- 222
- Fliehgewichte
- 222A
- oberer
Teil der Fliehgewichte 222
- 222B
- unterer
Teil der Fliehgewichte 222
- 225
- radial
wirkende Fliehkräfte
- 226
- axial
wirkende Druckkräfte
- 233
- radiale
Richtung
- 234
- Kulissenblech
- 240
- Wellenende
der ersten Welle
- 243
- Kippachse
- 250
- Haltearm
- 251
- Reibfläche
- 252
- axiale
Bewegungsrichtung
- 253
- Sicherungsnase
- 254
- Tellerfeder
- 255
- Nietverbindung
- 256
- Vorspannkraft
- 260
- Zentralausrücker
- 261
- mechanische
Betätigung (Steuermittel)
- 262
- Betätigungslager
- 263
- Einstellhebel
- 264
- Einstellhebelkurve
- 265
- Nockenring
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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