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Vorliegende
Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung, ggf. eine Doppel-
oder Mehrfachkupplungseinrichtung, für die Anordnung in
einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs zwischen einer Antriebseinheit
und einem Getriebe, wobei die Kupplungseinrichtung wenigstens eine
einer Getriebeeingangswelle zugeordnete, um eine Drehachse drehbare
Lamellenkupplungsanordnung aufweist, die mittels eines Kühlfluids
durchströmbar ist.
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Einer
derartigen Kupplungseinrichtung bzw. deren Lamellenpaket bzw. Lamellenpaketen
wird im Betrieb Kühlfluid von radial innen zugeführt,
das durch einen Lamellenhalteabschnitt eines Außenlamellenträger,
unter Fliehkrafteinwirkung spritzend nach radial außen
abgegeben wird. Die Wechselwirkung der Kupplungskomponenten mit
dem Kühlfluid und auch die spritzende Abgabe des Kühlfluids
nach radial außen führt dazu, dass es zum Auftreten
eines Fluid-Luft-Gemischs kommt, das sich in dem die Kupplungseinrichtung
aufnehmenden Nassraum, d. h. in der Kupplungsgehäuseglocke,
bei Getrieben mit einer gemeinsamen Ölfüllung
für Doppelkupplung und Getriebe auch im Getriebesumpf,
ansammelt und Probleme machen kann, beispielsweise beim Ansaugen
durch eine Fluidpumpe. Auch die unkontrollierte spritzende Abgabe
des Kühlfluids bzw. Fluid- Luft-Gemischs in den Nassraum
bzw. die Kupplungsgehäuseglocke hat sich als nachteilig
erwiesen und macht beispielsweise einen höheren Abdichtungsaufwand
etwa zur Abdichtung des Innenraums der Kupplungsgehäuseglocke
nach außen erforderlich, jedenfalls dann, wenn Kühlfluid
bzw. Fluid-Luft-Gemisch fliehkraftbedingt im Betrieb mit einem erhöhten
Auftreffimpuls auf Abdichtungsstellen trifft. Zudem wird mit Luft
vermischtes Kühlfluid, insbesondere Öl, kompressibel,
was bei der Regelung der Kuppel- und Schaltvorgänge zu
veränderten Druckaufbau und Zylinderbefüllcharakteristiken
führt. Außerdem verschlechtert sich das Wärmetransportvermögen
des Kühlöl mit Luftaufnahme zunehmend und somit
auch die Eignung als Kühlmedium.
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Es
wurde deshalb im Stand der Technik beispielsweise der
DE 102 31 405 vorgeschlagen, eine den
Lamellenhalteabschnitt zumindest bereichsweise radial außen
umgebende Fluidsammelwandung vorzusehen, die zusammen mit dem Lamellenhalteabschnitt
einen ringförmigen Fluidsammelraum zwischen dem Lamellenhalteabschnitt
und der Fluidsammelwandung definiert und im Betrieb eine Abfluss-Strömung
des durch die Fluid-Durchgangsöffnungen in den Fluidsammelraum
tretendem Fluid oder Fluid-Luft-Gemisch in axialer Richtung zu einem Abfluss-Ende
des Fluidsammelraums führt. Dadurch soll es zu einer Abtrennung
des Fluids aus einem im Betrieb entstehenden Fluid-Luft-Gemisch
im Wege einer Auszentrifugierung kommen. Das abgetrennte Fluid kann
dann mit geringem Aufwand gesammelt und einer erneuten Verwendung
zugeführt werden.
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Nachteilig
an diesem Stand der Technik ist jedoch, dass zum einen das Vorsehen
einer Fluidsammelwandung einen erhöhten fertigungstechnischen
Aufwand bedeutet, so dass derartige Kupplungseinrichtung sehr teuer
sind, und zum anderen Fluid beim Austritt aus dem Fluidsammelraum
wiederum Fliehkräften unterworfen wird, die ein radial nach
außen Spritzen des Fluids nach sich ziehen.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist es deshalb eine Kupplungseinrichtung
bereitzustellen, die ein Aufschäumen des Fluids, also den
Eintrag von Luft in das Fluid, zuverlässig verhindert.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Kupplungseinrichtung gemäß Patentanspruch
1 und Patentanspruch 9.
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Die
erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung weist eine
um eine Drehachse drehbare Lamellenkupplungsanordnung auf, die mindestens
einen Außenlamellenträger aufweist, der wiederum
dazu ausgelegt ist, mindestens eine Lamelle aufzunehmen. Der Außenlamellenträger
ist vorzugsweise topfförmig mit Topfwand und mindestens
einem Topfboden ausgebildet und definiert so einen Innenraum der Lamellenkupplungsanordnung
in den ggf. ein zweiter Lamellenträger aufgenommen werden
kann. Die Topfwand zeigt ein Verzahnungsprofil mit Zahnköpfen
und Zahnböden, in das mindestens eine an der mindestens
einen Lamelle ausgebildete Nocke eingreifen kann. Zudem weist der
Außenlamellenträger Fluid-Durchgangsöffnungen
auf, durch die im Betrieb ein dem Innenraum der Lamellenkupplungsanordnung
zugeführtes Fluid oder ein Fluid-Luft-Gemisch aus dem Innenraum
strömbar ist. Erfindungsgemäß sind diese
Fluid-Durchgangsöffnungen nicht nur wie im Stand der Technik
an den Zahnköpfen, sondern alternativ auch in einer einen
Zahnkopf und einen Zahnboden verbindenden Seitenwandung des Außenlamellenträgers
ausgebildet.
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Alternativ
können die Fluid-Durchgangsöffnungen auch in einem
der Topfböden, also anders ausgedrückt entweder
in Topfboden oder Topfdeckel, angeordnet sein. Eine weitere alternative
Ausgestaltung sieht vor, dass die Fluid-Durchgangsöffnungen an
den Zahnköpfen und/oder zusätzlich in den Seitenwandungen
und/oder im Topfboden oder Topfdeckel ausgebildet sind.
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Ist
zudem die Seitenwand so dimensioniert, dass zwischen einer in einen
Zahnkopf eingreifenden Nocke der Lamelle ein Raum verbleibt, kann
dieser Raum las Fluidsammelraum genutzt werden, über den
ein durch die Fluid-Durchgangsöffnung tretendes Fluid oder
Fluid-Luft-Gemisch an ein Abflussende des Fluidraums führbar
ist, von wo aus das Fluid in das Kupplungsgehäuse abgebbar
ist.
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Besonders
vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel bei dem in der
Nähe des Abflussendes des Fluidsammelraums eine Fluidleitkontur
angeordnet ist, die das aus dem Abflussende des Fluidraums austretende
Fluid auffängt und in Richtung einer Gehäusewand
des Kupplungsgehäuses überführt. Dabei
kann der Fluidsammelraum als integraler Teil des Außenlamellenträgers,
wie vorstehend beschrieben, ausgebildet sein, es ist jedoch auch
möglich, dass der Fluidsammelraum durch einen mit dem Außenlamellenträger
oder einem ein Drehmoment der Antriebseinheit auf den Außenlamellenträger übertragendem Mitnehmer
drehfest verbunden ist.
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Aufgrund
der Führung über die Fluidleitkontur wird die
kinetische Energie des Fluids abgebaut, ohne dass ein Eintrag von
Luft erfolgt. Zudem hat das Führen den Vorteil, dass bereits
eingetragene Luft aufgrund der beruhigten Fluidführung
ausgeschieden werden kann. Dazu kann vorteilhafterweise auch die Form
der Fluidleitkontur derart gewählt werden, dass der Energieabbau
besonders gut erfolgt. Dies ist beispielhaft durch eine konkave
Form der Fluidleitkontur gegeben. Ergänzend kann der Energieabbau
durch eine strömungsabsorbierende Oberflächengestaltung,
beispielsweise einen entsprechenden Belag, auf der Fluidleitkontur
oder in dem Fluidsammelraum, oder durch die Verwendung eines für
das Fluid teildurchlässigen Materials für die
Fluidleitkontur unterstützt werden.
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Weiterhin
ist vorteilhaft, wenn, wie ein weiteres Ausführungsbeispiel
zeigt, die Fluidleitkontur bis in die Nähe des Kupplungsdeckels
reicht und von dem Ende der Fluidleitkontur abfließendes
Fluid in einem spitzen Winkel auf das Kupplungsgehäuse
auftrifft, wodurch ein relativ ruhiger Fluidübertritt zwischen
Fluidleitkontur und Gehäuse geschaffen wird.
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Gemäß einem
weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist in dem Fluidsammelraum
an seinem abflussseitigen Ende eine Zwischenwand angeordnet, die
radial außen unterströmbar ausgebildet sein kann.
Diese Zwischenwand ermöglicht eine Umgestaltung des Fluidsammelraums
zu einer Art Zentrifuge mittels der ein intensives Ausscheiden von
Luft aus dem Fluid ermöglicht wird. Die Zwischenwand ist dabei
derart in dem Fluidsammelraum platziert, dass das radial innen befindliche
luftdurchsetzte und damit leichtere Fluid abgeschirmt wird, während
das schwerere luftarme Fluid außen unter der Zwischenwand
durchtreten und der Übergabe zur stehenden Fluidleitkontur
zufließen kann.
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Weiterhin
kann es vorteilhaft sein, wenn die stehende Fluidleitkontur in einem
unteren Bereich des Kupplungsgehäuses als geschlossene
Wanne ausgebildet ist, wodurch der Rotationsraum der Kupplung gegenüber
einem im unteren Bereich des Kupplungsgehäuses angeordnetem
Fluidsumpf abgeschlossen ist. Dies hat den Vorteil, dass im Betrieb ein
Eintauchen der Kupplung in den Sumpf und damit ein Wiederaufnehmen
und Hochschleudern des Fluids verhindert wird.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in
den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen definiert.
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen gezeigten
Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden,
wobei die Erfindung nicht auf die gezeigten Beispiele eingeschränkt
werden soll.
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Es
zeigen:
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1:
eine schematische Ansicht eines erstes bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung mit
einem erfindungsgemäßen Außenlamellenträger;
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2:
eine schematische teilaufgerissene Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Außenlamellenträgers
aus 1;
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3:
eine schematische Ansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung mit
einem erfindungsgemäßen Außenlamellenträger;
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4:
eine schematische Ansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung;
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5:
eine schematische Ansicht eines vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung;
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6:
eine schematische Ansicht eines fünften bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung;
und
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7:
eine schematische Ansicht eines sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung;
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Doppelkupplung
beschrieben, es ist jedoch auch möglich die Erfindung auf
eine Einfach- oder eine Mehrfachkupplung anzuwenden.
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1 zeigt
eine in einem Antriebsstrang 10 zwischen einer Antriebseinheit
(nicht dargestellt) und einem Getriebe (nicht dargestellt) angeordnete
Doppelkupplung 12. Die Antriebseinheit, beispielsweise eine
Brennkraftmaschine, ist in 1 nicht
dargestellt. Das Drehmoment wird über von der Antriebseinheit über
einen nicht ausgeführten Torsionsschwingungsdämpfer
der Eingangswelle 14 zugeführt. Das Getriebe ist
in 1 durch einen eine Kupplungsgehäuseglocke 18 begrenzenden
Kupplungsgehäuseabschnitt 20 und zwei Getriebeeingangswellen 22 und 24 repräsentiert,
die beide als Hohlwellen ausgebildet sind, wobei die Getriebeeingangswelle 22 sich
im Wesentlichen koaxial zur Getriebeeingangswelle 24 durch
diese hindurch erstrecken kann.
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Die
Doppelkupplung 12 ist in die Kupplungsgehäuseglocke 18 aufgenommen,
wobei der Glockeninnenraum in Richtung zur Antriebseinheit durch
einen Deckel 28 verschlossen ist, der in eine Glockengehäuseöffnung
eingepresst ist oder/und darin durch einen Sprengring 30 gesichert
ist. Zwischen dem Deckel 28 und dem von der Kupplungsgehäuseglocke 18 gebildeten
Kupplungsgehäuse ist eine Dichtung 32 vorgesehen,
die beispielsweise mittels eines O-Rings oder eines sonstigen Dichtrings
hergestellt sein kann.
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Als
Eingangsseite der Doppelkupplung 12 dient eine Kupplungsnabe 34,
die sich durch eine zentrale Öffnung des Deckels 28 in
Richtung zur Antriebseinheit erstreckt und über eine Außenverzahnung 42 mit
einem nicht dargestellten Torsionsschwingungsdämpfer gekoppelt
ist, so dass über diesen eine Momentenübertragungsverbindung
zwischen der Kurbelwelle und der Kupplungsnabe 34 besteht.
Möchte man auf einen Torsionsschwingungsdämpfer
generell oder an dieser Stelle im Antriebsstrang verzichten, so
kann die Kopplungsnabe 34 auch unmittelbar mit dem Koppelende
gekoppelt werden.
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Der
Deckel 28 erstreckt sich radial zwischen dem Kupplungsgehäuseabschnitt 20 und
der Nabe 34, wobei es vorteilhaft ist, wenn zwischen dem
Deckels 28 und der Nabe 34 eine Dichtungs- und Drehlageranordnung 54 vorgesehen
ist, speziell dann, wenn – wie beim gezeigten Ausführungsbeispiel – der
Deckel 28 an dem Gehäuse 20 festgelegt ist
und sich dementsprechend mit der Doppelkupplung 12 nicht
mitdreht. Eine Abdichtung zwischen dem Deckel 28 und der
Nabe 34 ist vorteilhaft, damit kein Betriebfluid austreten
kann. Eine hohe Betriebssicherheit auch im Falle von auftretenden
Schwingungen und Vibrationen wird erreicht, wenn die Dichtungs-
und Drehlageranordnung 54 axial am Deckel 28 oder/und
an der Kupplungsnabe 34 gesichert ist, etwa durch einen
nach radial innen umgebogenen Endabschnitt des Deckelrands 52.
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An
dem Ringabschnitt 38 der Nabe 34 ist ein Mitnehmer 60 drehfest
angebracht, der zur Drehmomentübertragung zwischen der
Nabe 34 und einem Außenlamellenträger 62 einer
ersten Lamellen-Kupplungsanordnung 64 dient. Der Außenlamellenträger 62 erstreckt
sich über einen Außenlamellenträgerabschnitt 63 in
Richtung zum Getriebe und nach radial innen zu einem Ringteil 66,
an dem der Außenlamellenträger drehfest angebracht
ist und das mittels Axial- und Radial-Lageranordnungen an den beiden
Getriebeeingangswellen 22 und 24 derart gelagert
sein kann, dass sowohl radiale als auch axiale Kräfte an
den Getriebeeingangswellen abgestützt werden. Die Axial-
und Radial-Lageranordnungen ermöglichen eine Relativverdrehung
zwischen dem Ringteil 66 einerseits und sowohl der Getriebeeingangswelle 22 als
auch der Getriebeeingangswelle 24 andererseits.
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Am
Ringteil 66 ist axial weiter in Richtung zur Antriebseinheit
ein Außenlamellenträger 70 einer zweiten
Lamellen-Kupplungsanordnung 72 drehfest angebracht, deren
Lamellenpaket 74 vom Lamellenpaket 76 der ersten
Lamellen-Kupplungsanordnung ringartig umgeben wird. Die beiden Außenlamellenträger 62 und 70 sind,
wie schon angedeutet, durch das Ringteil 66 drehfest miteinander
verbunden und stehen gemeinsam über den mit dem Außenlamellenträger 62 in
formschlüssigem Drehmomentübertragungseingriff
stehenden Mitnehmer 60 mit der Kupplungsnabe 34 und
damit mit der Kurbelwelle 14 der Antriebseinheit in Momentenübertragungsverbindung.
Die Verbindung zwischen Außenlamellenträger 62 und
Mitnehmer 60 kann beispielsweise über Schweißen
oder Verzahnung erfolgen. Bezogen auf den normalen Momentenfluss
von der Antriebseinheit zum Getriebe dienen die Außenlamellenträger 62 und 70 jeweils
als Eingangsseite der Lamellen-Kupplungsanordnung 64 bzw. 72.
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Auf
der Getriebeeingangswelle 22 ist mittels einer Keilnutenverzahnung
o. dgl. ein Nabenteil 80 eines Innenlamellenträgers 82 der
ersten Lamellen-Kupplungsanordnung 64 drehfest angeordnet.
In entsprechender Weise ist auf der radial äußeren
Getriebeeingangswelle 24 mittels einer Keilnutenverzahnung
o. dgl. ein Nabenteil 84 eines Innenlamellenträger 86 der
zweiten Lamellen-Kupplungsanordnung 72 drehfest angeordnet.
Bezogen auf den Regel-Momentenfluss von der Antriebseinheit in Richtung
zum Getriebe dienen die Innenlamellenträger 82 und 86 als
Ausgangsseite der ersten bzw. zweiten Lamellen-Kupplungsanordnung 74 bzw. 72.
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In
die Doppelkupplung 12 sind Betätigungskolben zur
Betätigung der Lamellen-Kupplungsanordnungen integriert,
um die Lamellen in axialer Richtung einzurücken. Ein der
ersten Lamellen-Kupplungsanordnung 74 zugeordneter Betätigungskolben 110 ist
axial zwischen dem sich radial erstreckenden Abschnitt des Außenlamellenträgers 62 der
ersten Lamellen-Kupplungsanordnung 74 und dem sich radial
erstreckenden Abschnitt des Außenlamellenträgers 70 der
zweiten Lamellen-Kupplungsanordnung 72 angeordnet und an
beiden Außenlamellenträgern sowie am Ringteil 66 mittels
Dichtungen 112, 114, 116 axial verschiebbar
und eine zwischen dem Außenlamellenträger 62 und
dem Betätigungskolben 110 ausgebildete Druckkammer 118 sowie
eine zwischen dem Betätigungskolben 110 und dem
Außenlamellenträger 70 ausgebildete Fliehkraft-Druckausgleichskammer 120 abdichtend
geführt. Die Druckkammer 118 steht über
einen in dem Ringteil 66 ausgebildeten Druckmediumkanal 122 mit
einer an einer Druckmediumsversorgung angeschlossenen Drucksteuereinrichtung,
beispielsweise ein Steuerventil, in Verbindung, wobei der Druckmediumskanal 122 über eine
das Ringteil 66 aufnehmende, ggf. getriebefeste Anschlusshülse
an der Drucksteuereinrichtung angeschlossen sein kann.
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Ein
der zweiten Lamellen-Kupplungsanordnung 72 zugeordneter
Betätigungskolben 130 ist axial zwischen dem Außenlamellenträger 70 der
zweiten Lamellen-Kupplungsanordnung 72 und einem sich im
Wesentlichen radial erstreckenden und an einem vom Getriebe fernen
axialen Endbereich des Ringteils 66 drehfest und fluiddicht
angebrachten Wandungsteil 132 angeordnet und mittels Dichtungen 134, 136 und 138 am
Außenlamellenträger 70, dem Wandungsteil 132 und
dem Ringteil 66 axial verschiebbar und eine zwischen dem
Außenlamellenträger 70 und dem Betätigungskolben 130 ausgebildete Druckkammer 140 sowie
eine zwischen dem Betätigungskolben 130 und dem
Wandungsteil 132 ausgebildete Fliehkraft-Druckausgleichskammer 142 abdichtend
geführt. Die Druckkammer 140 ist über
einen weiteren (schon erwähnten) Druckmediumskanal 144 in
entsprechender Weise wie die Druckkammer 118 an einer/der
Drucksteuereinrichtung angeschlossen. Mittels der Drucksteuereinrichtung(en) kann
an den beiden Druckkammern 118 und 140 wahlweise
(ggf. auch gleichzeitig) von der Druckmediumsquelle aufgebrachter
Druck angelegt werden, um die erste Lamellen-Kupplungsanordnung 74 oder/und
die zweite Lamellen-Kupplungsanordnung 72 einzurücken.
Zum Rückstellen, also zum Ausrücken der Kupplungen
können Membranfedern 146, 148 dienen,
von denen die dem Betätigungskolben 130 zugeordnete
Membranfeder 148 in der Fliehkraft-Druckausgleichskammer 142 aufgenommen sein
kann.
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Die
Druckkammern 118 und 140 sind, jedenfalls während
normalen Betriebszuständen der Doppelkupplung 112,
vollständig mit Druckmedium gefüllt, und der Betätigungszustand
der Lamellen- Kupplungsanordnungen hängt an sich vom an
den Druckkammern angelegten Druckmediumsdruck ab. Da sich aber die
Außenlamellenträger 62 und 70 samt
dem Ringteil 66 und dem Betätigungskolben 110 und 130 sowie
dem Wandungsteil 133 im Fahrbetrieb mit der Kupplungswelle 14 mitdrehen,
kommt es auch ohne Druckanlegung an den Druckkammern 118 und 140 von
Seiten der Drucksteuereinrichtung zu fliehkraftbedingten Druckerhöhungen
in den Druckkammern, die zumindest bei größeren
Drehzahlen zu einem ungewollten Einrücken oder zumindest
Schleifen der Lamellen-Kupplungsanordnungen führen könnten.
Aus diesem Grunde sind die schon erwähnten Fliehkraft-Druckausgleichskammern 120, 142 vorgesehen,
die ein Druckausgleichsmedium aufnehmen und in denen es in entsprechender
Weise zu fliehkraftbedingten Druckerhöhungen kommt, die die
in den Druckkammern auftretenden fliehkraftbedingten Druckerhöhungen
kompensieren.
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Man
könnte daran denken, die Fliehkraft-Druckausgleichskammern 120 und 142 permanent
mit Druckausgleichsmedium, beispielsweise Öl, zu füllen,
wobei man ggf. einen Volumenausgleich zur Aufnahme von im Zuge einer
Betätigung der Betätigungskolben verdrängtem
Druckausgleichsmedium vorsehen könnte. Bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform werden die Fliehkraft-Druckausgleichskammern 120, 142 jeweils
erst im Betrieb des Antriebsstrangs mit Druckausgleichsmedium gefüllt, und
zwar in Verbindung mit der Zufuhr von Kühlfluid, beispielsweise
Kühlöl, zu den Lamellen-Kupplungsanordnungen 74 und 72.
Das Kühlfluid fließt aus der Umgebung des Ringteils 66,
vorzugsweise aus einem für die Kühlfluidversorgung
zuständigen Ringraum, bspw. Ringraum 150, fliehkraftbedingt
nach radial außen in Richtung zum Lamellenpaket 74 der zweiten
Lamellen-Kupplungsanordnung 72 und tritt aufgrund von Durchlassöffnungen
im Innenlamellenträger 86 in den Bereich der Lamellen
ein. Nachfolgend strömt das Kühlfluid zwischen
den Lamellen des Lamellenpakets 74 nach radial außen,
tritt durch Durchlassöffnungen im Außenlamellenträger 70 und Durchlassöffnungen
im Innenlamellenträger 82 in den Bereich des Lamellenpakets 76 der
ersten Lamellen-Kupplungsanordnung 74 ein, strömt
zwischen den Lamellen dieses Lamellenpakets nach radial außen
und fließt dann schließlich durch Durchlassöffnungen
im Außenlamellenträger 62 nach radial
außen ab. An der Kühlfluidzufuhrströmung
zwischen dem Ringteil 66 und der Getriebeeingangswelle 24 sind
auch die Fliehkraft-Druckausgleichskammern 120, 142 angeschlossen,
und zwar mittels Radialbohrungen 152, 154 im Ringteil 66.
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Da
sich das nach radial außen strömende Kühlfluid
benachbart einem radial äußeren Abschnitt des
der ersten Lamellen-Kupplungsanordnung 64 zugeordneten
Betätigungskolbens 110 ansammeln könnte
und zumindest bei größeren Drehzahlen fliehkraftbedingt
die Einrückbewegung dieses Kolbens behindern könnte,
weist der Kolben 110 wenigstens eine Druckausgleichsöffnung 162 auf,
die einen Kühlfluidfluss von einer Seite des Kolbens zur
anderen ermöglicht.
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Wie
bereits vorstehend erwähnt, tritt das Kühlmittel
durch die Fluid-Durchgangsöffnungen des Außenlamellenträgers 62 radial
nach Außen und spritzt bei herkömmlichen Kupplungen
in den Glockenbereich 18, wo es fliehkraftbedingt auf den Kupplungsgehäuseabschnitt 20 trifft.
Während des Durchtritts des Kühlfluids durch die
Lamellen und insbesondere beim Auftreffen auf das Kupplungsgehäuse
oder auf den Fluidsumpf wird Luft in das Kühlfluid eingetragen,
was zu einem Aufschäumen des Kühlfluids führt.
Zwar sind moderne Kühlfluids bereits derart additiviert,
dass eingetragene Luft in relativ kurzer Zeit wieder ausgeschieden
wird, dafür sind jedoch große Oberfläche
erforderlich entlang derer das Fluid strömen kann, die
jedoch bei den inzwischen immer kleiner dimensionierten Getrieben
nicht mehr vorhanden sind. Ein zu hoher Luftanteil im Fluid führt
jedoch zu einer erhöhten Kompressibilität des
Fluids. Wird dieses wie üblich gleichzeitig als Druckmedium
für die Betätigung der Betätigungskolben
verwendet, führt die erhöhte Kompressibilität
des Fluids zu einer eingeschränkten Funktionserfüllung.
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Wird
jedoch verhindert, dass das Fluid auf das Kupplungsgehäuse
spritzt und zudem eine vergrößerte Oberfläche
entlang derer das Fluid kinetische Energie abbauen kann, bereitgestellt,
kann der Lufteintrag zum einen vermieden und zum anderen trotzdem
eingetragene Luft leicht ausgeschieden werden. Erfindungsgemäß kann
deshalb zum einen der Außenlamellenträger derart
umgestaltet sein, dass das radial austretende Fluid in einem Fluidsammelraum
gesammelt wird und diesen entlang zu einem Abflussende strömt. 2 zeigt
einen solchen erfindungsgemäß umgestalteten Außenlamellenträger
in teilaufgerissener, perspektivischer Darstellung.
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Allgemein
kann ein Außenlamellenträger 62, wie
in 2 dargestellt, als topfförmiges Gebilde
mit einer Topfwand 202 und mindestens einem Topfboden 212; 214 ausgebildet
sein, das an seiner Topfwand 202 ein Verzahnungsprofil 204 aus Zahnköpfen 206 mit
dazwischen liegenden Zahnböden 208 aufweist. Zahnböden 208 und
Zahnköpfe 206 sind mittels Seitenwandungen 210 miteinander
verbunden. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der erste Topfboden 212 als Außenlamellenträgerabschnitt 63 ausgebildet,
während der zweite Topfboden oder Topfdeckel 214 durch
den Mitnehmer 60 gebildet wird. Mitnehmer 60 und
Außenlamellenträger 62 können
zum Zweck der Drehmomentübertragenden Verbindung beispielsweise
miteinander verschweißt, verzahnt oder umbördelt
sein.
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Erfindungsgemäß sind
die in dem Außenlamellenträger 62 vorhandenen
Durchgangsöffnungen 216 nicht, wie im Stand der
Technik, am durch die Zahnköpfe definierten Außenumfang
des Außenlamellenträgers 62 ausgebildet,
sondern in den Seitenwandungen 210 angeordnet. Zudem kann
der Außenlamellenträger derart dimensioniert sein,
dass der Abstand h zwischen Zahnkopf 206 und Zahnboden 208,
also die Höhe der Seitenwand, größer
ist als die Höhe der von den Zahnköpfen aufgenommenen Nocken
der Lamellen (nicht dargestellt). Dadurch entsteht zwischen Zahnkopf
und Außenumfang der Lamellen, (der Außenumfang
der Lamelle ist durch die Höhe der Nocken festgelegt) ein
Fluidsammelraum 218, in dem das Fluid nach dem Durchströmen der
Lamellen gesammelt wird.
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Vorteilhafterweise
sind die Durchgangsöffnungen 216 axial betrachtet
nicht mittig in der Topfwand 202, sondern Topfboden- oder,
wie hier dargestellt, Topfdeckelseitig angeordnet, wobei der Abstand
zu Mitnehmer 60 bzw. Außenlamellenträgerabschnitt 63 beliebig
festgelegt bzw. variiert werden kann. Vorteilhafterweise sind die
Durchgangsöffnungen jedoch in dem ersten Drittel, ausgehend
von Topfboden bzw. Deckel, angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 216 können
beidseitig des Zahnbodens oder nur einseitig ausgebildet sein. Zudem kann,
anders als hier dargestellt, pro Seitenwand mehr als eine Durchgangsöffnung
vorgesehen sein. Auch die Form der Durchgangsöffnungen
ist beliebig festlegbar, so sind beispielsweise statt der hier dargestellten
runden Durchgangsöffnungen auch schlitzförmige
Durchgangsöffnungen vorstellbar.
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Alternativ
zu der hier mit durchgängigen Linien dargestellten Anordnung
der Fluid-Durchgangsöffnungen 216, können
die Fluid-Durchgangsöffnungen 216 auch in Topfboden 212 oder
Topfdeckel 214 ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die
Fluid-Durchgangsöffnungen dann radial außerhalb
des Anlagebereichs der Lamellen im radialen Bereich des Fluidsammelraums 218 angeordnet.
Eine solche alternative Anordnung ist schematisch in 2 in
gestrichelter Ausführung gekennzeichnet. Insbesondere, wenn,
wie mit Bezug zu 1 beschrieben, der Gehäusedeckel
als Fluidleitkontur dient, ist es vorteilhaft, die Fluid-Durchgangsöffnungen 216 im
Mitnehmer (60) anzuordnen, da dann eine optimal beruhigte Kühlfluidströmung
erreicht werden kann
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Die
Kühlfluidströmung in dem erfindungsgemäßen
Außenlamellenträger 62 ist in 1 durch den
Pfeil 100 gekennzeichnet. Aufgrund der Anordnung der Durchgangsöffnungen
auf der Seite des Mitnehmers 60 tritt das Fluid gezielt
nur in diesem Bereich aus und kann von dem Gehäusedeckel 28 aufgefangen
werden, der in diesem Ausführungsbeispiel deshalb gleichzeitig
als Fluidleitkontur fungiert und dementsprechend ausgebildet ist.
Aufgrund der räumlichen Nähe zwischen Gehäusedeckel 28 und Außenlamellenträger 62,
hergestellt durch die Anordnung der Durchgangsöffnungen
auf der Mitnehmerseite des Außenlamellenträgers 62,
wird beim Aufprall des Fluids auf den Gehäusedeckel weniger
Luft in das Fluid eingetragen. Zudem bietet der Gehäusedeckel 28 dem
auftreffenden Fluid eine Strömungsoberfläche,
entlang der die beim Aufprall eingetragenen Luft wieder ausgeschieden
werden kann. Zudem ist der Anteil der Luft, die während
des Durchströmens der Doppelkupplung 12 eingetragen
wurde, bereits wieder ausgeschieden, da in dem Fluidsammelraum 218 das
Fluid beruhigt und aufgrund der speziellen Ausgestaltung des Außenlamellenträgers
und der Durchgangsöffnungen einer Auszentrifugierung unterworfen
wurde, so dass hauptsächlich Fluid ohne Luftanteil aus
den Durchgängen tritt. Dadurch ist selbst bei einer Anordnung
ohne als Fluidleitkontur ausgebildetem Gehäusedeckel der
Gesamt-Lufteintrag verringert, so dass die durch den Aufprall an
dem Gehäuse eingetragene Luft während des Abfließens ausgeschieden
werden kann.
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Statt
den Gehäusedeckel 28 als Fluidleitkontur zu verwenden
kann, wie in 3 dargestellt, eine an dem Kupplungsgehäuse 20 angebrachte
zusätzliche Fluidleitkontur 302 vorgesehen sein.
Der Übersicht halber sind die 3 und auch
die nachfolgenden 4 bis 7, nur noch
bezüglich der Elemente mit Bezugszeichen ausgestattet,
die sich von der in 1 gezeigten Kupplungseinrichtung
unterscheiden oder in der Beschreibung explizit erwähnt
werden. Für die Beschreibung von Funktion und Bezeichnung
der nicht gekennzeichneten Elemente wird deshalb auf die Beschreibung
bezüglich der 1 verwiesen.
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Die
in 3 dargestellte Fluidleitkontur 302 ist
an der Mitnehmer abgewandten Seite des Außenlamellenträgers 62 – also
hier dem Topfboden – angeordnet. Dementsprechend sind auch
die in dem Außenlamellenträger 62 ausgebildeten
Durchgangsöffnungen nicht auf der Mitnehmerseite sondern
der Topfbodenseite angeordnet, oder können alternativ auch
im Topfboden 212 des Außenlamellenträgers 62 angeordnet
sein. Vorteilhafterweise weist die Fluidleitkontur 302 eine
konkave Form auf, so dass das aus den Durchgängen strömende
Fluid aufgefangen und in Richtung des Gehäuses 20 umgelenkt
wird, wie durch den Pfeil 100 dargestellt. Bevorzugt ist
die Fluidleitkontur 302 derart ausgebildet bzw. am Gehäuse
angeordnet, dass erreicht wird, dass das Fluid in einem spitzen
Winkel α auf das Gehäuse 20 auftrifft,
wodurch wiederum der Lufteintrag reduziert werden kann.
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Zudem
kann die Fluidleitkontur 302 eine Strömungsenergie
abbauende Oberflächengestaltung, beispielsweise einen Belag,
aufweisen, der die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids
abbremst, so dass bei der Übergabe des Fluids an das Gehäuse keine
Luft eingetragen wird. Zudem kann die Fluidleitkontur aus einem
teildurchlässigem Material, beispielsweise Luft- aber nicht
Fluiddurchlässig bzw. umgekehrt, gefertigt sein, so dass
eine weitere Abscheidung der Luft aus dem Fluid erfolgen kann.
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Des
weiteren kann die Fluidleitkontur 302 in einem unteren,
hier nicht dargestelltem Bereich des Gehäuses, also im
Bereich des Fluidsumpfes, zu einer geschlossenen Wanne geformt sein,
wodurch der Rotationsraum der Kupplung gegenüber dem Fluidsumpf
abgeschlossen ausgebildet ist. Dadurch wird der Sumpfbereich des
Kupplungsgehäuses in einen ersten Bereich – Rotationsraum – und
einen zweiten Bereich – Fluidsumpf – unterteilt.
Beide Bereiche können gegeneinander abgedichtet ausgebildet
sein, es ist jedoch auch möglich sie fluidkommunizierend auszugestalten.
Aufgrund der Rotation und dem darauffolgenden Austragen von Fluid
aus dem Rotationsraum stellt sich im Betrieb in erstem und zweiten Bereich
ein unterschiedliches Fluidniveau ein, wodurch die Kupplung im Betrieb
nicht mehr in den Fluidsumpf eintaucht und dadurch ein Hochschleudern und
ein daraus resultierender Lufteintrag in das Fluid vermieden wird.
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In
dem oberen Bereich des Gehäuses sorgt die Ausgestaltung
der Fluidleitkontur dafür, dass das aus der Kupplung in
den Glockenbereich 18 des Kupplungsgehäuses geführte
Fluid dem zweiten Bereich – Fluidsumpf – zugeführt
wird. Da die Leitkontur und/oder die Ausgestaltung des Außenlamellenträgers,
ein Ausscheiden der in das Fluid eingetragenen Luft bewirkt, wird
dem Fluidsumpf nur luftfreies bzw. luftarmes Fluid zugeführt,
so dass die Funktionsweise der Kupplung gewährleistet bleibt,
insbesondere dann, wenn das System derart ausgestaltet ist, dass Druckmittel
aus lediglich dem zweiten Bereich verwendet wird.
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4 zeigt
ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem jedoch
statt des erfindungsgemäßen Außenlamellenträgers
ein herkömmlicher Außenlamellenträger 462 zum
Einsatz kommt, der eine bekannte Anordnung der Durchgangsöffnungen aufweist.
Prinzipiell ist es jedoch auch möglich den in Zusammenhang
mit den 1 bis 3 beschriebenen
Außenlamellenträger zu verwenden, insbesondere dann,
wenn eine besonders gute Luftabscheidung bewirkt werden soll. Drehfest
mit dem Außenlamellenträger 462 ist eine
Fluidsammelwandung 400 verbunden, beispielsweise mittels
Schweißens, die den Außenlamellenträger 462 mantelartig
radial außen umgibt und die das durch die Durchgangsöffnungen
aus dem Außenlamellenträger strömende
Fluid bzw. Fluid-Luft-Gemisch auffängt. Zwischen dem Außenlamellenträger 462 und
der Fluidsammelwandung 400 ist ein Fluidsammelraum 402 ausgebildet, der
in radialer Richtung durch den Außenlamellenträger 462 und
die Fluidsammelwandung 400 und in axialer Richtung hin
zur Antriebseinheit durch einen die Verbindung mit dem Außenlamellenträger 462 herstellenden
Wandungsrandabschnitt 404 begrenzt und abgeschlossen ist.
Wie schon angedeutet, kann der Wandungsrandabschnitt 404 mit
dem Außenlamellenträger 462 verschweißt
oder auf andere Weise dicht verbunden sein, es ist jedoch auch möglich,
den Wandungsrandabschnitt 404 mit dem Mitnehmer 60 dicht
zu verbinden.
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Vorzugsweise
erstreckt sich von dem Getriebegehäuseabschnitt 20 aus
nach radial innen eine Fluidleitkontur 406, die in enger
Nachbarschaft mit der Fluidsammelwandung 400 mündet,
wodurch der Glockenraum 18 getriebeseitig axial begrenzt
wird.
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Im
Betrieb fließt den Lamellenpaketen zugeführtes
Kühlfluid bzw. ein sich bildendes Fluid-Luft-Gemisch durch
die erwähnten Durchlassöffnungen des Außenlamellenträgers 462 in
den Ringraum 402 ein. Aufgrund ständig nachfließenden
Fluids stellt sich eine Abfluss-Strömung in axialer Richtung
hin zum Getriebe ein, wo das Fluid in einem Übergabebereich 408 an
die Fluidleitkontur 406 übergeben wird, die das
Fluid in Richtung des Gehäuses 20 umlenkt. Die
Fluidleitkontur 406 kann genauso wie bezüglich 3 beschrieben
ausgestaltet sein. Entlang der Gehäuseinnenwand fließt
das Fluid aus dem Glockenbereich 18 unter Schwerkrafteinwirkung
nach unten in Richtung eines Fluidsumpfs ab.
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Weiterhin
kann, wie in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel,
an dem Abflussende der Fluidsammelwandung 500 eine unterströmbare
Zwischenwand 510 angeordnet sein, die zu einem Zentrifugeneffekt
in dem Fluidsammelraum 502 führt. Der Grund dafür
ist, dass sich aufgrund der auf das Fluid bzw. Fluid-Luft-Gemisch
wirkenden Fliehkräfte, das leichtere Fluid-Luft-Gemisch
radial innen anordnet, während sich das schwere luftfreie
Fluid radial außen an der Fluidsammelwandung 500 anordnet
und beispielsweise über Aussparungen 512 in der
Zwischenwand 510 abfließt. Eine derartige Zwischenwand
kann auch in dem Fluidsammelraum 218 des erfindungsgemäßen
Außenlamellenträgers vorgesehen sein.
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Für
eine besonders gute Übergabe des Fluids und eine gute Zentrifugenwirkung
kann zudem an der Fluidsammelwandung 500 eine Begrenzungswandung 514 angeordnet
sein, die eine Umlenkung der Fluidströmung 100 in
Richtung der Fluidleitkontur 506 im Übergabebereich 508 bewirkt.
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Statt
der zusätzlich anzubringenden Fluidleitkontur 406 oder 506,
kann auch, wie in Bezug zu 1 beschrieben,
der Gehäusedecke 28 selbst als Fluidleitkontur
ausgebildet sein. Dazu ist, wie in den 6 bzw. 7 beschrieben,
lediglich die Fluidsammelwandung 600 bzw. 700 nicht
Antriebsseitig, sondern Getriebeseitig über einen ersten
Wandungsabschnitt 604 bzw. 704 mit dem Außenlamellenträgerabschnitt 63 drehfest
verbunden, beispielsweise mittels Schweißens. Dadurch ist
der Fluidübergabebereich 608 bzw. 708 Antriebsseitig
orientiert. Durch die Ausgestaltung des Gehäusedeckels 28 als
in räumlicher Nähe zu dem Übergabebereich 608 bzw. 708, kann
das Fluid gezielt an den Gehäusedeckel 28 geführt
werden, ohne dass ein Eintrag von Luft erfolgt.
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Zudem
kann, wie das Ausführungsbeispiel von 6 zeigt,
die Fluidsammelwandung 600 einen weiteren Wandungsabschnitt 610 aufweisen,
der die beruhigte Führung des Fluids in Richtung Gehäusedeckel
unterstützt. Vorzugsweise ist der Wandungsabschnitt 610 in
Richtung des Gehäusedeckels 28 ausgeformt, so
dass das Fluid nur einen möglichst geringen ungeleiteten
Weg durchströmen muss.
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Statt
der in 6 gezeigten Ausbildung, kann natürlich
auch bei Antriebsseitiger Orientierung des Fluidübergabebereichs 708 ein
Ausgestaltung des Fluidsammelraums 702 zur Zentrifuge vorgenommen
sein. Dazu wird lediglich die Zwischenwand 710 und ggf.
die Begrenzungswand 712 ebenfalls Antriebsseitig angeordnet,
so dass auch hier eine Übergabe des auszentrifugierten
Fluids an den als Fluidleitkontur ausgebildeten Gehäusedeckel 28 erfolgen
kann.
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Zusätzlich
kann natürlich bei den Ausführungsbeispielen,
bei denen der Gehäusedeckel als Fluidleitkontur fungiert
(siehe 1, 6 und 7 und der zugehörigen
Beschreibung), in einem unteren Bereich des Gehäuses eine
Trennwand angeordnet sein, die wiederum, wie oben in Bezug auf die
Ausgestaltung der Fluidleitkontur beschrieben, den unteren Bereich
des Gehäuses in einen Rotationsraum und einen Fluidsumpf
teilt, wobei die Trennwand eine geschlossene oder fluidkommunizierende Wanne
bereitstellt.
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Selbstverständlich
können statt der hier beispielhaft dargestellten Doppelkupplung
mit Mitnehmer auch Doppelkupplungen mit den erfindungsgemäßen
Eigenschaften ausgestatten werden, bei denen eine direkte Verbindung
zwischen Außenlamellenträger und Antriebswelle
der Antriebseinheit bereitgestellt wird. Ebenfalls ist es möglich
statt der hier dargestellten Doppelkupplung eine Mehrfach- oder Einfachkupplung
erfindungsgemäß auszustatten.
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Die
hier beschriebene Kupplungseinrichtung ist insbesondere für
Fahrzeuge jeglicher Art geeignet, bei denen eine Momentübertragung
zwischen Antriebswelle und Getriebe erfolgt. Die Fahrzeuge können
Land, -Wasser- oder Luftfahrzeuge für den privaten oder
gewerblichen Gebrauch sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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