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Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem für Kraftfahrzeugantriebe, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 17, wie es beispielsweise aus der
DE 38 38 865 A1 bekannt ist, von der die Erfindung ausgeht. Solche Kupplungssysteme weisen ganz allgemein eine Kupplungseingangswelle und mindestens einer Getriebeeingangswelle auf, wobei die Getriebeeingangswelle über eine betätigbare flüssigkeitsgeschmierte Reibkupplung mit der Kupplungseingangswelle verbunden ist, wobei ferner die Reib-kupplung ein zwischen einem Außenlamellenträger und einem Innenlamellenträger liegendes Lamellenpaket umfasst, wobei das Lamellenpaket zum Kuppeln direkt oder indirekt über mindestens einen Kolben eines hydraulischen Stellglieds betätigt wird, wobei zum Auskuppeln der oder die Kolben - mindestens einer Reibkupplung - zumindest über eine Membranfeder rückgestellt werden und wobei sich die mit mindestens drei Federzungen ausgestattete Membranfeder zwischen dem oder den Kolben einer Reibkupplung und einem mit dem oder den Kolben synchron umlaufenden Kupplungsbauteil abstützt.
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Aus der
EP 1 568 906 A1 ist eine Doppelkupplung mit nebeneinander angeordneten, hydraulisch einkuppelnd betätigten Lamellensätzen bekannt, bei der zwischen den Kolben der jeweiligen Stellglieder und den mit dem Kolben umlaufenden Kupplungsbauteilen pro Kupplung eine Membranfeder verwendet wird. Die Membranfedern, die zumindest teilweise der Kolbenrückstellung dienen, sind hierbei jeweils außenzentriert an den entsprechenden Kupplungsteilen abgestützt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kupplungssystem zu entwickeln, bei der die kolbenrückstellenden Membranfedern ihre Federkraft schnell und weitgehend verlustfrei an die zurückzustellenden Kupplungsbauteile übertragen.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und 17 gelöst.
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Zum einen weist das Kupplungsbauteil, an dem sich die Federzungen der Membranfeder abstützen, pro Federzunge zwei Anschläge auf. Die Anschläge liegen dabei führend an den Seitenflanken der Federzungen an.
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Zum andern weist das Kupplungsbauteil an dem die Federzungen der Membranfeder über Seitenflanken zentrierend anliegen, zum einen für mindestens drei Federzungen Anschläge auf, an denen linke Seitenflanken der Federzungen anliegen. Zum anderen weist es für mindestens drei Federzungen Anschläge auf, an denen rechte Seitenflanken der Federzungen anliegen, wobei an zumindest einem Anteil der Federzungen nur jeweils ein Anschlag anliegt.
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Bei konventionellen Nasskupplungsgetrieben, im speziellen Doppelkupplungsgetrieben, werden die einkuppelnden Stellglieder in der Regel hydraulisch betätigt. Dabei leitet pro Kupplung beispielsweise ein Ringkolben die Anpresskraft in das entsprechende Lamellenpaket ein. Um ein spontanes Auskuppeln, also Trennen der Lamellen des angesprochenen Lamellenpaketes, zu ermöglichen, schiebt eine Rückstellfeder den Ringkolben gegen einen Anschlag zurück. Um zudem den axialen Bauraumbedarf der einzelnen Kupplung zu reduzieren, wird als Rückstellfeder eine Membranfeder verwendet. Eine Membranfeder besteht aus einem Federring und davon meist radial abstehenden Federzungen. Die Membranfeder hat hierbei zumindest annähernd die Hüllgestalt einer Tellerfeder. Demnach beschreibt der größere Teil der Membranfederoberfläche einen Kegelstumpfmantel.
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Gegenstand der Erfindung ist es, die Membranfeder über die Seitenflanken der nach innen oder nach außen ragenden Federzungen zu zentrieren. Damit entfällt ein Zentrieren der Membranfeder über den Außendurchmesser. Durch das Zentrieren mittels Federzungen kann die gleitende und reibende Relativbewegung zwischen dem Ringkolben und dem Federring der Membranfeder an dessen Außenkante vermieden werden. Die hohe Reibung im Gleitbereich führte bisher zu einer überdurchschnittlichen Federhysterese.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
- 1: Teillängsschnitt durch eine Doppelkupplung;
- 2: Querschnitt durch den Ringkolben mit Draufsicht auf die halbe Membranfeder;
- 3: Querschnitt der halben Membranfeder;
- 4: Vergrößerter Ausschnitt zu 1.
- 5: wie 2, jedoch mit anderer Anschlagsanordnung;
- 6: wie 5, jedoch mit anderer Anschlagsanordnung.
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1 zeigt eine Doppelkupplung mit zwei flüssigkeitsgeschmierten 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-KolbenEinheiten. 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 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 Zweimassenschwungrad 3 montiert.
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Das Kupplungssystem ist in dem Getriebegehäusebereich angeordnet, der als Getriebeglocke 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, vgl. 1. Hinter der Wellen-Naben-Verbindung 21 verbreitert sich die Kupplungseingangswelle 20 zur Ausbildung eines Mitnehmerscheibensitzes 22. Der Mitnehmerscheibensitz 22 hat eine gemeinsame Montagefuge 23 mit der auf ihm befestigten Mitnehmerscheibe 30. Der Radius der Montagefuge 23 ist um maximal 45% größer als der Wirkdurchmesser der Wellen-Naben-Verbindung 21.
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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 rotiert mit der Motordrehzahl. Diese Teile 20, 30, 40, 47 befinden sich im dauernden 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 Außenlamellen 57 formschlüssig in die Profilierung des äußeren Lamellentragabschnittes 58 ein. Die Außenlamellen 57 sind an diesem Lamellentragabschnitt 58 drehsteif aber längsverschieblich gelagert. Die zwischen den Außenlamellen 57 sitzenden Innenlamellen 56 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 Ausgleichsringzylinder 45 aus. Nach 1 ist nach links seitlich versetzt zum Ausgleichsringzylinder 45 an der Hauptnabe 47 eine im Teilquerschnitt im Wesentlichen u-förmige Zylinderaußenwand 48 starr angeordnet. Zwischen der Zylinderaußenwand 48 und dem Ausgleichsringzylinder 45 ist ein aus Tiefziehblech geformter, erster Ringkolben 61 angeordnet.
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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 Kolbenabschnitt 62 und dem Ausgleichsringzylinder 45 des Außenlamellenträgers 40 befindet sich ein erster, ölbefüllter Ausgleichsraum 90.
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Zwischen dem Kraftübertragungsabschnitt 67 und dem Außenlamellenträger 40 sitzt als elastisches Rückstellelement die Membranfeder 100. Sie löst bei einer Druckentlastung des ersten Arbeitsraumes 80 die Zungen 68 vom ersten Lamellenpaket 55.
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Die Hauptnabe 47 ist auf einer zweiten 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 Lamellenträgerflansch 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 Außenlamellentragabschnitt 158 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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Die 2 und 3 zeigen die im Kraftübertragungsabschnitt 67) des ersten Ringkolbens 61) eingelegte Membranfeder 100. Eine Membranfeder 100 ist eine kegelige Tellerfeder, die - zum Erreichen einer hohen Elastizität - mit radialen Schlitzen 105 versehen ist. Sie ist in der Regel aus einem hochwertigen Vergütungsstahl hergestellt und speziell wärme- und oberflächenbehandelt. Die Membranfeder 100 besteht demnach aus einem Federring 102 und einer Vielzahl von davon radial nach innen abstehenden Federzungen 110. Die einzelne Federzunge 110 hat eine - in radialer Richtung gemessene - Länge 116, die im Ausführungsbeispiel dem 1,9-fachen der Federringtiefe 103 entspricht. Der Federring 102 und die Federzungen 110 haben hier beispielsweise die gleiche Materialstärke. Ggf. können die Federzungen 110 zu ihren freien Zungenenden 113 hin bezüglich der Materialstärke dünner ausgebildet werden.
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Die radial nach innen gerichteten Federzungen 110 ändern vorteilhafterweise ihren Querschnitt entlang ihrer Mittellinie 117 stetig und weitgehend linear. Ihr Querschnitt verjüngt sich zum Federring 102 hin. Die Seitenflanken 114L, 114R der Federzungen 110 schließen mit der Mittellinie 117 jeweils einen Winkel von beispielsweise 7 Winkelgraden ein. Im Übergangsbereich zwischen dem Federzungenfuß 111 und dem Federring 102 befinden sich zur Minderung von Kerbspannungen Fußausrundungen 112, deren Radius beispielsweise 25% der Fußbreite beträgt.
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Das jeweilige freie Zungenende 113 ist beidseitig abgerundet. Die Abrundung 115 hat beispielsweise die Form eines Zylindermantelabschnitts, wobei der Zylinderradius im Ausführungsbeispiel 1/8 der Federzungenfußbreite entspricht.
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Die Membranfeder 100 hat im entlasteten Zustand hier einen mittleren Kegelwinkel von 148 bis 160 Winkelgraden. Im Federzungenfußbereich hat sie einen Knick, dessen Knickwinkel 118 beispielsweise 164 Winkelgrade beträgt. Die freien Zungenenden 113 sind nach innen gebogen. Die Krümmung entspricht einem Bogen 119 von ca. 50 Winkelgraden.
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Im Krümmungsbereich liegt die Federzunge 110 auf der dort ebenen und glatten Innenwandung 71 des Kraftübertragungsabschnitts 67 des ersten Ringkolbens 61 auf. Aufgrund der Krümmung der Federzungenenden 113 ist im axialen Kontaktbereich 76 die Flächenpressung niedrig.
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Beidseits von mindestens drei Federzungenenden 113 - im Bereich der größten Federzungenbreite - weist die Innenwandung 71 Anschläge 73, 74 auf. Die Anschläge 73, 74 sind beispielsweise im Feinschnittverfahren von der Außenwandung 72 des Ringkolbens 61 her so eingepresst und eingeschnitten, dass an der Innenwandung 71 ebene und glatte Führungsflächen 75 entstehen. Die Führungsflächen 75 verlaufen parallel zu der Mittellinie 117 der jeweiligen geführten Federzunge 110 und normal zu der zwischen dem entsprechenden Anschlagspaar 73, 74 gelegenen axialen Kontaktfläche 76. Die maximale Höhe der Anschläge 73, 74 über der axialen Kontaktfläche 76 entspricht weitgehend der Materialstärke der Federzungen 110 im Bereich der bogenförmigen Krümmung.
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Der Abstand zweier Anschläge 73, 74 einer Führungspaarung ist um weniger als 1/10 Millimeter größer als die Breite der zwischen diesen Anschlägen 73, 74 geführten Federzunge 110. Die Anschlage 73, 74 zentrieren die Membranfeder 100 über die Zungenenden 113 am Ringkolben 61.
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Der Federring 102 liegt am Außenlamellenträger 40 auf einer Umlaufsicke 43 auf, vgl. 4. Die Umlaufsicke 43 ist von der Rückseite her in den Außenlamellenträger 40 eingedrückt, so dass sie auf der Außenwandung 42 eine ringförmige Sickenerhöhung 44 ausbildet. Die Kontur der Erhöhung 44 entspricht, zumindest im Bereich der Kontaktzone gegenüber der Membranfeder 100, der Oberflächenteilfläche eines Torus.
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In 2 ist auf der Membranfeder 100 ein Kontaktstreifen 104 markiert. Er ist strichdoppelpunktiert dargestellt. Der Kontaktstreifen 104 ist theoretisch die Kreislinie, in der die Sickenerhöhung 44 die Membranfeder 100 berührt. Bei ungespannter Membranfeder 100 liegt der Kontaktstreifen 104 ca. 25% der Federringtiefe 103 vom Außenrand der Membranfeder 100 weg.
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Die 5 und 6 zeigen u.a. Membranfedern 100, bei denen die Anschläge 73, 74 nicht paarweise pro Federzunge 110 angeordnet sind. Nach 5 weisen jeweils zwei benachbarte Federzungen 110 an den einander zugewandten Seitenflanken 114L, 114R je einen Anschlag 73 und 74 auf.
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Bei der Membranfeder 100 nach 6 weisen jeweils zwei Federzungen (110), die durch eine weitere Federzunge 110 getrennt voneinander angeordnet sind, an den einander zugewandten Seitenflanken 114L, 114R je einen Anschlag 73 und 74 auf. Die hier weit auseinanderliegenden Anschläge 73, 74 haben zumindest fertigungstechnische Vorteile.
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Während der Ein- und Ausfederbewegung der Membranfeder 100 kontaktiert diese die Sickenerhöhung 44 in einer kombinierten Wälz- und Gleitbewegung. Auch dieser Bewegungsablauf hält die Hysterese der Membranfeder 100 niedrig. Bei entlastetem Arbeitsraum 80 drückt die Membranfeder 100 den Ringkolben 61 gegen die hier als Anschlag dienende Zylinderaußenwand 48, vgl. 1.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Getriebenassraum
- 3
- Zweimassenschwungrad, Schwungrad
- 8
- Umfangsrichtung
- 10
- Getriebegehäuse, Gehäuseglocke
- 11
- Trennwand
- 20
- Kupplungseingangswelle
- 21
- Wellen-Naben-Verbindung
- 22
- Mitnehmerscheibensitz
- 23
- Montagefuge
- 24
- Bohrung, zentral
- 30
- Mitnehmerscheibe
- 40
- Außenlamellenträger, Kupplungsbauteil
- 41
- Innenwandung
- 42
- Außenwandung
- 43
- Sicke
- 44
- Sickenerhöhung
- 45
- Ausgleichsringzylinder, Wandung des Ausgleichsraumes
- 46
- Innenraum
- 47
- Hauptnabe
- 48
- Zylinderaußenwand
- 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, hydraulisch
- 61
- erster Ringkolben, Kolben
- 62
- Kolbenabschnitt
- 67
- Kraftübertragungsabschnitt
- 68
- Zungen
- 71
- Innenwandung
- 72
- Außenwandung
- 73, 74
- Anschläge
- 75
- Führungsflächen
- 76
- axiale Kontaktfläche, Kontaktbereich
- 78
- Länge
- 80
- erster Arbeitsraum
- 90
- erster Ausgleichsraum
- 100
- Federelement, Rückholfeder, Membranfeder
- 101
- Materialstärke
- 102
- Federring
- 103
- Federringtiefe
- 104
- Kontaktstreifen
- 105
- Federschlitze
- 109
- Federzungenbreite
- 110
- Federzunge
- 111
- Federzungenfuß
- 112
- Fußausrundung
- 113
- Zungenenden
- 114L
- Seitenflanken, links
- 114R
- Seitenflanken, rechts
- 115
- Abrundung
- 116
- Zungenlänge
- 117
- Mittellinie
- 118
- Knickwinkel
- 119
- Bogen
- 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, hydraulisch
- 161
- zweiter Ringkolben, Kolben
- 162
- Kolbenabschnitt
- 167
- Betätigungsabschnitt
- 180
- zweiter Arbeitsraum
- 181
- Zylinderring
- 190
- Ausgleichsraum
- 191
- Ausgleichsraumbegrenzungswandung
- 200
- Federelemente, Rückholfedern, Schraubenfedern
