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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung mit einem Kupplungskorb,
der mit einem ersten Lamellensatz verbunden ist, und einer Kupplungsnabe,
die mit einem zweiten Lamellensatz verbunden ist, wobei die Lamellen
des ersten Lamellensatzes und die Lamellen des zweiten Lamellensatzes
ineinander greifen, und wobei die Lamellen der Lamellensätze
zur Übertragung eines Drehmoments in einer ersten Richtung
aneinander anpressbar sind und zur Aufhebung einer Drehmomentübertragung
in einer zweiten Richtung lösbar sind.
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Zur
Aufhebung einer Drehmomentübertragung verwenden Lamellenkupplungen
der vorgenannten Art eine oder mehrere so genannte Luftfedern, die
entgegen der Betätigungskraft wirken. Typischerweise sind
diese Federn als Tellerfedern ausgebildet, die innerhalb einer Ausnehmung
der Kupplungsanordnung angeordnet sind.
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Die
DE 10 2004 015 271
A1 offenbart einen Antriebsstrang mit einer Lamellenkupplung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Lamellenkupplung
vorzusehen, die einen einfacheren Aufbau als herkömmliche
Lamellenkupplungen besitzt und dabei kostengünstiger herzustellen
ist und einen verbesserten Wirkungsgrad ermöglicht.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Lamellenkupplung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die
erfindungsgemäße Lamellenkupplung besitzt also
einen Kupplungskorb, der mit einem ersten Lamellensatz verbunden
ist, und eine Kupplungsnabe, die mit einem zweiten Lamellensatz
verbunden ist. Die Lamellen des ersten Lamellensatzes und die Lamellen
des zweiten Lamellensatzes greifen ineinander. Die Lamellen der
Lamellensätze sind zur Übertragung eines Drehmoments
in einer ersten Richtung aneinander anpressbar und sind zur Aufhebung
einer Drehmomentübertragung in einer zweiten Richtung voneinander
lösbar. An zumindest einer Lamelle der Lamellensätze
ist wenigstens eine Feder integral ausgebildet, die die Lamellen
in der zweiten Richtung vorspannt.
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Somit
sind an den Lamellen integral ausgebildete Federabschnitte vorgesehen,
und es ist keine zusätzliche Luftfeder notwendig, um die
Lamellenkupplung zu lösen, also um die Lamellen im Ausrücksinn
der Kupplung voneinander weg zu bewegen. Hierdurch verbilligt sich
die Herstellung der Kupplung, und die Kupplung baut kleiner. Ein
verbesserter Wirkungsgrad ist möglich, da die Lamellen
einzelnen voneinander getrennt werden können.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung,
der Zeichnung und den Unteransprüchen beschrieben.
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Vorzugsweise
steht die an der betreffenden Lamelle integral ausgebildete Feder
zumindest in unbelastetem Zustand über eine Reibfläche
der betreffenden Lamelle über.
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Es
ist ferner bevorzugt, wenn die jeweilige integral ausgebildete Feder
einer Lamelle an einer unmittelbar benachbarten Lamelle des betreffenden
Lamellensatzes anliegt. Hierdurch kann sich die eine Lamelle direkt
von der anderen Lamelle des betreffenden Lamellensatzes abstoßen,
um ein erwünschtes Aufspreizen der Lamellen zu bewirken.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Lamellenkupplung
an mehreren Lamellen integral ausgebildete Federn auf, wobei die
Federn an Lamellen lediglich eines oder an Lamellen beider Lamellensätze
vorgesehen sind. Die zusätzlichen Federn steigern die Löskraft,
um ein komplettes Lösen der Lamellenkupplung zu erreichen.
Insbesondere können an sämtlichen Lamellen eines
Lamellensatzes oder beider Lamellensätze integral ausgebildete
Federn vorgesehen sein, optional mit Ausnahme einer Vorderseitenlamelle
und/oder einer Rückseitenlamelle.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt die betreffende
Lamelle mehrere integral ausgebildete Federn, die entweder alle
in derselben Richtung wirken – d. h. in derselben Richtung über
eine Reibfläche der betreffenden Lamelle überstehen –,
oder die in unterschiedlichen Richtungen wirken – d. h.
in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen über die
Reibflächen der betreffenden Lamelle überstehen –.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die
Lamellenkupplung wenigstens eine erste Feder an zumindest einer
Lamelle der Lamellensätze und wenigstens eine zweite Feder
an zumindest einer anderen Lamelle der Lamellensätze, wobei
die erste Feder und die zweite Feder gegeneinander wirken. Somit
bewirken die ersten und zweiten Federn eine ausreichende Kraft zur
Aufhebung des Drehmomentes.
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Vorzugsweise
ist die Feder oder sind die Federn durch einen Stanzprozess, einen
Biegeprozess, eine Prägeprozess oder eine Kombination hiervon gebildet.
Somit kann die Feder gleichzeitig mit der entsprechenden Lamelle
geformt sein, wodurch ein einfacher Fertigungsprozess möglich
ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Differentialgetriebe und ein
Verteilergetriebe, die eine erfindungsgemäße Lamellenkupplung
gemäß der Erfindung zur Verteilung eines Drehmomentes
innerhalb eines Antriebsstrangs verwenden. Die erfindungsgemäße
Lamellenkupplung kann jedoch auch in anderen Komponenten eines Antriebsstrangs
zur Anwendung gelangen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs, der
mit der Lamellenkupplung gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgerüstet ist;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung eines Verteilergetriebes, das die
Lamellenkupplung der Erfindung umfasst;
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3a bzw. 3b eine
jeweilige teilweise Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform
der Lamellenkupplung gemäß einer ersten und einer zweiten
Variante;
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4a bzw. 4b eine
jeweilige teilweise Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der
Lamellenkupplung gemäß einer ersten und einer zweiten
Variante;
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5a bzw. 5b eine
jeweilige teilweise Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform
der Lamellenkupplung gemäß einer ersten und einer zweiten
Variante;
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6 eine
schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform
der Lamellenkupplung;
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7 eine
schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform
der Lamellenkupplung;
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8 eine
Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer Lamelle der
Lamellenkupplung;
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9 eine
Draufsicht eines Abschnitts einer zweiten Ausführungsform
einer Lamelle der Lamellenkupplung; und
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10 eine
perspektivische Sicht eines Abschnitts einer dritten Ausführungsform
einer Lamelle der Lamellenkupplung.
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Gleiche
oder gleichartige Teile sind in den Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen
gekennzeichnet.
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In 1 ist
eine schematische Darstellung eines Fahrzeugantriebsstrangs 10 gezeigt,
der einen Antrieb 12 umfasst, welcher eine erste Kraftübertragungsstrecke 16,
eine zweite Kraftübertragungsstrecke 17, einen
Motor 18, ein Schaltgetriebe 20 und ein Verteilergetriebe 21 umfasst.
Jede der Kraftübertragungsstrecken 16, 17 umfasst
eine Kardanwelle 28, die durch das Verteilergetriebe 21 angetrieben
wird, und ein Paar Achswellen 30, das mit einem Paar Räder 32 verbunden
ist, sowie ein Differentialgetriebe 34, das wirksam ist,
um ein Antriebsdrehmoment von der Kardanwelle 28 zu einer
oder beiden Achswelle/n 30 zu übertragen.
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Eine
Steuereinheit 40 steuert den Betrieb des Verteilergetriebes 21 auf
Grundlage einer Vielzahl von Fahrzeugparametern. Die Steuereinheit 40 ist
mit zumindest einem Sensor und vorzugsweise einer Vielzahl von weiteren
Sensoren elektronisch verbunden. Beispielhafte Sensoren umfassen
einen Giergeschwindigkeitssensor 42 und/oder Raddrehzahlsensoren 44.
Die Sensoren 42, 44 erfassen eine Vielzahl von
Betriebszuständen, z. B. die Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges,
die Drehzahl jedes Rades und/oder die Geschwindigkeit des Fahrzeuges.
Die Steuereinheit 40 bearbeitet das Signal oder die Signale
und erzeugt ein Steuersignal, wobei zumindest ein Aktuator des Verteilergetriebes 21 auf Grundlage
des Steuersignals angesteuert wird, um ein Drehmoment zwischen den
Kraftübertragungsstrecken 16, 17 zu verteilen.
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Unter
Bezugnahme auf 2 werden nun die Komponenten
des Verteilergetriebes 21 beschrieben. Das Verteilergetriebe 21 umfasst
ein Getriebegehäuse 50, eine erste Abtriebswelle 52,
eine zweite Abtriebswelle 54, eine Lamellenkupplung 56,
einen Aktuator 58 und Drehmomentübertragungskomponenten 60, 62, 64.
Die erste Abtriebswelle 52 dreht sich um eine erste Achse
A und ist direkt durch eine nicht gezeigte Ausgangswelle des Schaltgetriebes 20 angetrieben.
Die zweite Abtriebswelle 54 dreht sich um eine zweite Achse
B. Die Lamellenkupplung 56 ist steuerbar, um eine Drehmomentübertragung zwischen
der ersten Abtriebswelle 52 und der zweiten Abtriebswelle 54 zu
steuern. Die Drehmomentübertragung erfolgt durch die Drehmomentübertragungskomponenten,
die ein erstes Zahnrad 60, eine Kette 62 und ein
zweites Zahnrad 64 umfassen. Das erste Zahnrad 60 ist
drehbar um die erste Abtriebswelle 52 gelagert. Das zweite
Zahnrad 64 ist drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 54 verbunden.
Die ersten und zweiten Zahnräder 60, 64 sind
drehwirksam durch die Kette 62 verbunden.
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Die
Lamellenkupplung 56 umfasst eine Kupplungsnabe 73,
die drehfest mit dem ersten Zahnrad 60 verbunden ist. Über
jeweilige Reiblamellen 72 kann die Kupplungsnabe 73 reibschlüssig
mit einem Kupplungskorb 74 gekoppelt werden, der um die
erste Achse A der Lamellenkupplung 56 bzw. der ersten Abtriebswelle 52 drehbar
gelagert ist. Der Kupplungskorb 74 ist drehfest mit der
ersten Abtriebswelle 52 verbunden. Der Reibschluss zur Übertragung
eines Drehmoments zwischen der Kupplungsnabe 73 und dem
Kupplungskorb 74 wird mittels einer Druckplatte 76 bewirkt,
die entgegen der Vorspannung einer integral geformten Federanordnung
axial verschiebbar ist und hierdurch die jeweiligen Reiblamellen 72 von
Kupplungsnabe 70 und Kupplungskorb 74 aneinander
presst. Die integral geformte Federanordnung wird nachstehend anhand der 3 bis 10 näher
erläutert.
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Um
die Druckplatte 76 wahlweise entgegen der Vorspannung zu
verschieben und die Lamellenkupplung 56 hierdurch zu betätigen,
umfasst der Aktuator 58 einen Stützring 80 und
einen Verstellring 82. Der Stützring 80 ist
drehfest und axial fest gehalten. Der Verstellring 82 ist
drehbar und axial verschiebbar gelagert, und er ist mittels eines
Axiallagers 90 an der Druckplatte 76 abgestützt.
Der Stützring 80 und der Verstellring 82 wirken über
einen an sich bekannten Kugelrampenmechenismus (mit mehreren geneigten
Kugelrillen 92 bzw. 94 und zugeordneten Kugeln 96)
zusammen. Durch eine Drehbewegung des Verstellrings 82 relativ
zu dem Stützring wird die Druckplatte 76 axial
versetzt, und die Lamellenkupplung wird 56 hierdurch betätigt.
Hierfür ist ein Drehantrieb 100 mit einem nicht
dargestellten elektrischen Antriebsmotor vorgesehen.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 bis 7 werden
verschiedene Ausführungsformen der Lamellenkupplung 56 mit
einer integral gebildeten Federanordnung gemäß der
Erfindung beschrieben. Die Reiblamellen 72 umfassen einen
ersten Satz von Lamellen 72A (Innenlamellen) und einen
zweiten Satz von Lamellen 72B (Außenlamellen),
wobei die Lamellen 72A, 72B ineinander greifen.
Die Lamellen 72A sind mittels einer jeweiligen Verzahnung,
die in einem radial inneren Randbereich der Lamellen 72A ausgebildet
ist, drehfest aber verschiebbar mit der Kupplungsnabe 73 verbunden.
Die Lamellen 72B sind mittels einer jeweiligen Verzahnung,
die in einem radial äußeren Randbereich der Lamellen 72B ausgebildet
ist, drehfest aber verschiebbar mit dem Kupplungskorb 74 verbunden.
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An
zumindest einer Lamelle der Lamellensätze ist wenigstens
eine Feder 150 integral ausgebildet, die die Lamellen 72 in Öffnungsrichtung – d.
h. im Ausrücksinn der Kupplung – vorspannt, um
eine reibungsbedingte Übertragung eines Drehmoments aufzuheben.
Die Feder ist durch einen Stanzprozess, einen Biegeprozess, einen
Prägeprozess oder eine Kombination hiervon gebildet. Vorzugsweise
wird die Feder 150 während des Fertigungsprozesses
der jeweiligen Lamelle 72 ausgebildet. Somit ist kein zusätzlicher
Festigungsprozess nötig. Da die Feder 150 an der
Lamelle integral ausgebildet ist, benötigt die Lamellenkupplung 56 keine
zusätzlichen Luftfedern. Zudem entfällt die Notwenigkeit
von zusätzlichem Bauraum für separate Federn.
Auf diese Weise kann die entsprechende Komponente des Antriebsstrangs einfacher,
billiger und kleiner sein als herkömmliche Komponenten.
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Bezüglich 3a weist
jede zweite Lamelle 72A' der Innenlamellen 72A wenigstens
eine Feder 150 auf, wobei die Federn 150 an den
Lamellen 72A' integral ausgebildet sind und über
die Erstreckungsebene der jeweiligen Lamelle 72A' überstehen.
Die Federn 150 der betreffenden Lamellen 72A' weisen alle
in dieselbe Richtung (in 3a nach
rechts). Die anderen Innenlamellen 72A sowie sämtliche
Außenlamellen 72B sind bei diesem Ausführungsbeispiel ohne
integrierte Federn – also vollkommen plan – ausgeführt.
In ähnlicher Weise weist bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 3b jede
zweite Lamelle 72B' der Außenlamellen 72B wenigstens
eine Feder 150 auf, die an der betreffenden Lamelle 72B integral ausgebildet
ist. Wenn die jeweilige Lamellenkupplung 56 zur Übertragung
eines Drehmoments betätigt wird, verschiebt sich die Druckplatte 76 entgegen
der Vorspannung der Federn 150, wobei die Federn 150 gegen
die Lamellen 72A oder 72B drücken.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 4a ist – mit
Ausnahme einer optionalen Rückseitenlamelle 72A – an
jeder Innenlamelle 72A' wenigstens eine integral ausgebildete
Feder 150 vorgesehen, die in Richtung der benachbarten
Innenlamelle 72A' weist, wobei alle Federn 150 in
dieselbe Richtung weisen. Hierdurch sind die Innenlamellen 72A' als Gleichteile
ausgeführt, wodurch sich die Fertigungs- und Montagekosten
verringern. Die Außenlamellen 72B sind hier ohne
integrierte Federn ausgeführt. In entsprechender Weise
ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4b an
jeder Außenlamelle 72B' wenigstens eine integral
ausgebildete Feder 150 vorgesehen, die in Richtung der
benachbarten Außenlamelle 72B' weist. Optional
kann eine Rückseitenlamelle 72B (oder eine Vorderseitenlamelle)
ohne derartige Feder 150 ausgebildet sein, wie in 4b gezeigt.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 5a besitzt
jede zweite Lamelle 72A' der Innenlamellen 72A wenigstens
eine erste Feder 150A und wenigstens eine zweite Feder 150B,
die in zwei unterschiedliche Richtungen wirken und die an der betreffenden Lamelle 72A' integral
ausgebildet sind. Die anderen Innenlamellen 72A sowie sämtliche
Außenlamellen 72B sind bei diesem Ausführungsbeispiel
ohne integrierte Federn ausgeführt. Eine derartige Ausgestaltung
der jeweiligen Lamelle 72A' kann beispielsweise dadurch
gebildet werden, dass in Umfangsrichtung betrachtet eine jeweilige
Feder 150A in der einen Richtung über die Erstreckungsebene
der Lamelle 72A' übersteht und die jeweilige nächste
Feder 150B in der anderen Richtung über die Erstreckungsebene der
Lamelle 72A' übersteht.
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In
entsprechender Weise besitzt bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5b jede
zweite Außenlamelle 72B wenigstens eine erste
Feder 150A und wenigstens eine zweite Feder 150B,
die in zueinander entgegengesetzten Richtungen wirken und die an
der betreffenden Lamelle 72B' integral ausgebildet sind.
Die anderen Außenlamellen 72B sowie sämtliche
Innenlamellen 72A sind hier ohne integrierte Federn ausgeführt.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel, bei dem jede Innenlamelle 72A' wenigstens
eine integral ausgebildete Feder 150 besitzt und auch jede
Außenlamelle 72B' wenigstens eine integral ausgebildete
Feder 150 besitzt. Die Federn 150 weisen alle
in dieselbe Richtung zu der benachbarten jeweiligen Innenlamelle 72A' bzw.
Außenlamelle 72B. Optional kann eine Rückseitenlamelle 72A (oder
eine Vorderseitenlamelle) ohne derartige Feder 150 vorgesehen sein.
Die Ausbildung sowohl der Innenlamellen 72A' als auch der
Außenlamellen 72B' mit integralen Federn 150 verbessert
die Drehmoment-Entkopplung, was insbesondere bei Wirkungsgradrelevanten
Anwendungen von Vorteil ist.
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Bezüglich 7 weist
jede Innenlamelle 72A – ähnlich wie bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 5a und 5b – zumindest
zwei Federn 150A, 150B auf. Die Feder 150A einer
Lamelle 72A wirkt mit der Feder 150B einer benachbarten
Lamelle 72A zusammen. Wenn die Lamellenkupplung 56 zur Übertragung
eines Drehmoments betätigt wird, verschiebt sich die Druckplatte 76 entgegen
der Vorspannung der Federn 150A, 150B, wobei die
Federn 150A, 150B gegeneinander wirken.
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Anhand
des Ausführungsbeispiels gemäß 7 ist
auch ersichtlich, dass die jeweilige Feder 150A, 150B zusätzlich
zu der Federfunktion eine Verzahnung bilden kann, über
die die betreffende Lamelle 72A an der Kupplungsnabe 73 drehfest
befestigt ist. Selbstverständlich ist eine derartige Verzahnungsfunktion
bei sämtlichen der erläuterten Ausführungsbeispiele
möglich. Insbesondere kann eine derartige Verzahnungsfunktion
auch bei Außenlamellen 72B, 72B' vorgesehen
sein, d. h. über die jeweilige Feder 150, 150A, 150B ist
die betreffende Lamelle an dem Kupplungskorb 74 drehfest
befestigt.
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Generell
ist es bevorzugt, wenn eine Vielzahl von Federn 150, 150A, 150B der
erläuterten Art in dem radial inneren oder radial äußeren
Randbereich der jeweiligen Lamelle 72, 72A, 72B' ausgebildet
ist, wobei die Federn insbesondere in einer regelmäßigen
Anordnung entlang des Umfangs der betreffenden Lamelle verteilt
sind.
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Unter
Bezugnahme auf 8 bis 10 werden
verschiedene Ausführungsformen der Lamelle 72 beschrieben.
Gemäß einer ersten Ausführungsform (8)
ist eine Vielzahl von Federn 150 in einem radial inneren
Randbereich 160 integral gebildet. Gemäß einer
zweiten Ausführungsform (9) ist eine
Vielzahl von Federn 150 in einem Zwischenbereich 162 integral
geformt. Bezogen auf eine Drehachse der Lamelle 72A' – d.
h. in einer Projektion auf die Erstreckungsebene der jeweiligen
Lamelle 72A – verlaufen die Federn 150 der
ersten und zweiten Ausführungsform in radialer Richtung,
wobei die Federn 150 über die Erstreckungsebene
der jeweiligen Lamelle 72A' überstehen (also in
axialer Richtung bezogen auf die Drehachse der Lamelle; in 8 und 9 nicht
ersichtlich).
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform (10) ist
eine Vielzahl von Federn 150 in dem radial inneren Randbereich 160 integral
gebildet, wobei die Federn 150 in Umfangsrichtung verlaufen
und dabei wiederum über die Erstreckungsebene der Lamelle 72A' überstehen.
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Selbstverständlich
ist es jedoch auch möglich, dass die jeweilige Feder – in
einer Projektion auf die Erstreckungsebene der jeweiligen Lamelle – schräg
oder gekrümmt bezüglich der Drehachse der Lamelle
verläuft.
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Obwohl
in 1 beispielhaft ein Antriebsstrang mit Allradantrieb
dargestellt ist, kann die Lamellenkupplung gemäß der
Erfindung in verschiedenen Antriebssträngen verwendet werden.
Beispielsweise kann die Lamellenkupplung in einem Antriebsstrang
mit Heck- oder Vorderantrieb verwendet werden. Zudem kann die Lamellenkupplung
in verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangs verwendet werden.
Beispielsweise kann die Lamellenkupplung in einem Verteilergetriebe
(2), einem Schaltgetriebe und/oder einer Differentialeinheit
verwendet werden.
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- 10
- Fahrzeugantriebsstrang
- 12
- Antrieb
- 16,
17
- Kraftübertragungsstrecken
- 18
- Motor
- 20
- Schaltgetriebe
- 21
- Verteilergetriebe
- 28
- Kardanwelle
- 30
- Achswelle
- 32
- Rad
- 34
- Differentialgetriebe
- 40
- Steuereinheit
- 42
- Giergeschwindigkeitssensor
- 44
- Raddrehzahlsensor
- 50
- Getriebegehäuse
- 52,
54
- Abtriebswellen
- 56
- Lamellenkupplung
- 58
- Aktuator
- 60,
62, 64
- Drehmomentübertragungskomponenten
- 72,
72A, 72B
- Reiblamellen
- 72A',
72B'
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- 73
- Kupplungsnabe
- 74
- Kupplungskorb
- 76
- Druckplatte
- 80
- Stützring
- 82
- Verstellring
- 84
- Radiallager
- 86,
90
- Axiallager
- 88
- Zwischenwelle
- 92,
94
- Kugelrillen
- 96
- Kugel
- 100
- Antrieb
- 102
- Hebel
- 104
- Schneckenrad
- 150,
150A, 150B
- Feder
- 160
- Randbereich
- 162
- Zwischenbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004015271
A1 [0003]