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Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben sowie einer Doppelkupplung, die das Drehmoment vom Motor wahlweise auf eines der beiden Teilgetriebe überträgt, mit einer mit der Antriebsscheibe verbundenen Zentralscheibe, zwei äußeren Anpressplatten, die ebenfalls mit der Antriebsscheibe verbunden und in Axialrichtung relativ zu der Zentralscheibe bewegbar sind, sowie zwischen der Zentralscheibe und den Anpressplatten angeordneten Reibscheiben, wobei die Reibscheiben aus zwei parallel zueinander und gegeneinander bewegbar angeordneten Tragscheiben bestehen, zwischen denen blattförmige Federsegmente vorgesehen sind.
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Doppelkupplungsgetriebe, um die es im vorliegenden Fall hauptsächlich geht, sind automatische Schaltgetriebe, die mittels zweier Teilgetriebe einen vollautomatischen Gangwechsel ohne Kraftunterbrechung ermöglichen. Die Getriebesteuerung wählt die Gänge selbsttätig oder nach Fahrerwunsch im Rahmen der zugelassenen Drehzahlbereiche. Die Übertragung des Drehmoments erfolgt über eine der beiden Kupplungen, die die beiden Teilgetriebe mit dem Motor wahlweise verbinden. Während die eine Kupplung schließt, öffnet die andere.
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Derartige Doppelkupplungen, und zwar insbesondere die trockenen Doppelkupplungen, leiden häufig an Geräusch- und Vibrationsproblemen, die vorwiegend bei Kriechvorgängen, beim Anfahren aus dem Stillstand, bei Lastwechselvorgängen sowie während des Gangwechsels auftreten. Die Hauptprobleme sind hier das Gangrasseln, das Anfahrrupfen sowie auftretende Schaltstöße während des Gangwechsels.
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Aus der
US-Patentschrift 4,697,683 ist bereits eine Kupplung bekannt, bei der die Reibscheiben aus zwei parallel zueinander angeordneten Tragscheiben bestehen, zwischen denen ein einstufiges Belagfedersystem vorgesehen ist. Auch bei diesen Kupplungen treten die oben beschriebenen Nachteile auf.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgetriebe der eingangs genannten Art derart auszustatten, dass ein Gangrasseln, ein Anfahrrupfen sowie das Auftreten von Schaltstößen wirksam verhindert wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die zwischen den Tragscheiben angeordneten blattförmigen Federsegmente unterschiedliche Kennlinien aufweisen, sodass eine mehrstufige Federcharakteristik erzielbar ist.
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Mit diesen erfindungsgemäßen Merkmalen lässt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wirksam lösen, wobei mit Hilfe des Belagfedersystems in Verbindung mit einer elektronischen Ansteuerung insbesondere Doppeltrockenkupplungen ein völlig neues harmonisches Verhalten zeigen.
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Mittels der mehrstufigen Federcharakteristik können im Wesentlichen drei Kupplungsbereiche geschaffen werden:
- – ein erster Kupplungsbereich mit einer Gangrasseldämpfung,
- – ein zweiter Kupplungsbereich mit einer Tastpunkt- und Kriechkontrolle sowie
- – ein dritter Kupplungsbereich für die Teil- und Volllastoperationen.
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Eine Verfeinerung des erfindungsgemäßen Systems kann mit Hilfe der mehrstufigen Federcharakteristik sogar fünf Phasen optimieren:
- – ein Lastpunktbereich, in dem kein oder nur ein sehr geringes Moment übertragen wird (0 bis ca. 1 Nm),
- – ein Antirasselbereich (ca. 1 bis ca. 5 Nm),
- – ein Kriechbereich (ca. 5 bis ca. 10 Nm),
- – ein Teillastbereich (ca. 10 bis ca. 25 Nm) sowie
- – ein Volllastbereich (mehr als 50 Nm).
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Die mehrstufige Federcharakteristik kann auf unterschiedliche Art und Weise durch entsprechende Auswahl der Federsegmente erzielt werden.
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Beispielsweise können die Federsegmente, die zweckmäßig aus gewellten Stahlblechen bestehen, mit unterschiedlichen Blechstärken ausgestattet sein bzw. abwechselnd eine unterschiedliche Federcharakteristik aufweisen.
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Alternativ können die Federsegmente auch einstückig ausgebildet sein und eine progressive Kennung aufweisen.
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Eine weitere Variante besteht darin, dass die Federsegmente als Doppelpakete in Reihenschaltung mit unterschiedlicher Kennung ausgebildet sind.
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Ferner ist es möglich, die Federsegmente als Doppelpakete in Parallelschaltung mit unterschiedlicher Kennung auszubilden.
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Darüber hinaus können die Federsegmente auch abwechselnd als Doppelpakete und Einzelfedern ausgebildet sein.
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Ferner können die Federsegmente unterschiedliche Kontaktbereiche aufweisen, die nacheinander an der jeweiligen Gegenfläche zur Anlage kommen, wobei die Federsegmente der einen Gruppe im entkuppelten Zustand einen Abstand zu der Gegenfläche einhalten.
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Die Federsegmente sind zweckmäßig mittels Nieten an den Tragscheiben festgelegt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass mindestens auf einer Seite zwischen der jeweiligen Tragscheibe und den Federsegmenten ein Trägerblech angeordnet ist.
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Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe mit den beschriebenen Kupplungen ist sowohl für automatisierte als auch für manuelle Schaltgetriebe mit nur einem Getriebestrang anwendbar. Insbesondere eignet sich die Erfindung für Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben sowie einer trockenen Doppelkupplung, die das Drehmoment vom Motor wahlweise auf eines der beiden Teilgetriebe überträgt. Bei diesem Anwendungsfall wird der jeweilige passive Antriebsstrang zur Gangrasseldämpfung verwendet.
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Die Erfindung sowie der Stand der Technik, auf der die Erfindung aufbaut, sind in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulicht und im Nachstehenden im Einzelnen anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
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1: einen Schnitt durch den oberen Teil eines Ausführungsbeispiels einer Doppelkupplung,
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2: den gleichen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Doppelkupplung,
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3: den gleichen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Doppelkupplung,
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4: den gleichen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer Doppelkupplung,
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5: einen Schnitt durch den oberen Bereich einer Kupplungsscheibe sowie rechts daneben eine Seitenansicht davon,
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6: den Aufbau des Belagfedersystems der Kupplungsscheibe,
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7: ein Belagfedersystem mit Einzelsegmenten – einstufig (Stand der Technik),
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8: ein Belagfedersystem mit Doppelsegmenten – zweistufig (Stand der Technik),
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9: eine Mitnehmerscheibe mit Federsegmenten – einstufig (Stand der Technik),
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10: ein Zwischenblechfedersystem – einstufig (Stand der Technik),
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11: eine Belagfedercharakteristik – einstufig (Stand der Technik),
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12a: eine Gegenüberstellung einer Belagfedercharakteristik gemäß dem Stand der Technik, verglichen mit einer erfindungsgemäßen zweistufigen Charakteristik (erste Stufe linear, zweite Stufe progressiv),
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12b: eine erfindungsgemäße dreistufige Belagfedercharakteristik (erste Stufe linear, zweite Stufe leicht progressiv, dritte Stufe stark progressiv),
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12c: eine erfindungsgemäße vierstufige Belagfedercharakteristik (erste Stufe linear, zweite Stufe leicht progressiv, dritte Stufe stärker progressiv, vierte Stufe stark progressiv),
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13a/b: eine erste Ausführungsform einer zweistufigen Belagfedercharakteristik gemäß 12a,
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14a/b: eine erste Ausführungsform für eine dreistufige und vierstufige Belagfedercharakteristik gemäß 12b und 12c,
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15a/b: eine zweite Ausführungsform für eine mindestens dreistufige Belagfedercharakteristik gemäß 12a und 12b,
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15c/d: eine dritte Ausführungsform für eine mindestens zwei- oder dreistufige Belagfedercharakteristik gemäß 12a und 12b,
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16a/b: eine zweite Ausführungsform einer zweistufigen Belagfedercharakteristik mit starker Progression in der zweiten Stufe gemäß 12a,
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17a: eine dritte Ausführungsform einer zweistufigen Belagfedercharakteristik gemäß 12a,
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17b: eine vierte Ausführungsform einer mindestens drei- bis vierstufigen Belagfedercharakteristik gemäß 12b und 12c, und
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18a/b: eine Doppelkupplungsschematik mit einem aktiven Antriebsstrang sowie einem passiven Antriebsstrang.
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Nach 1 der Zeichnung besteht eine Doppelkupplung 1 im Wesentlichen aus einer Antriebsscheibe 2, einer mit dieser verbundenen Zentralscheibe 3, beidseitig der Zentralscheibe 3 vorgesehenen Anpressplatten 4 und 5 sowie zwischen der Zentralscheibe 3 und den Anpressplatten 4 und 5 angeordneten Reibscheiben 6 bzw. 7.
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Die Antriebsscheibe 2 sitzt drehfest auf einer Eingangswelle 8 der Doppelkupplung 1 und rotiert folglich mit dieser mit der gleichen Drehzahl. Die Eingangswelle 8 ist normalerweise die Antriebswelle bzw. Kurbelwelle eines in der Zeichnung nicht dargestellten Motors.
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Die Antriebsscheibe 2 ist über einen Kupplungskörper 13 mit der Zentralscheibe 3 verbunden, d.h., dass die Zentralscheibe 3 mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebsscheibe 2 umläuft. Die beidseitig der Zentralscheibe 3 angeordneten Anpressplatten 4 und 5 laufen mit der Zentralscheibe 3 um, sind jedoch axial zu der Zentralscheibe 3 verschiebbar. Die Zentralscheibe 3 ist über ein Kupplungslager 19 sowie eine kardanische Anlaufscheibe 16 und eine kardanische Anlenkung 15 auf einer zu dem Getriebe führenden Hohlwelle 11 axial abgestützt und radial freigängig.
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Zur Auslösung des Kupplungsvorgangs wird eine der Anpressplatten 4 bzw. 5 in Richtung auf die Zentralscheibe 3 bewegt, wodurch die jeweilige Reibscheibe 6 bzw. 7 fest an die Zentralscheibe 3 gedrückt wird.
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Durch das Ankuppeln der jeweiligen Reibscheibe 6 bzw. 7 rotiert diese mit der Zentralscheibe 3 und überträgt das Drehmoment des Motors auf die jeweilige zu dem Getriebe führende Ausgangswelle 11 bzw. 12 der Doppelkupplung 1.
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Die Ausgangswelle 12, die mit der in der Zeichnung links dargestellten Reibscheibe 6 verbindbar ist, ist als Vollwelle ausgebildet und mündet ebenso wie die Ausgangswelle 11 in ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Getriebegehäuse, wo sie zum Antrieb eines ersten Teilgetriebes dient. Dieses Teilgetriebe bedient beispielsweise die Gänge 1, 3 und 5.
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Die Ausgangswelle 11, die mit der in der Zeichnung rechts dargestellten Reibscheibe 7 verbindbar ist, umgibt als Hohlwelle die Vollwelle 12 und führt ebenfalls in das in der Zeichnung nicht dargestellte Getriebegehäuse. Sie dient zum Antrieb eines zweiten Teilgetriebes, welcher beispielsweise für die Gänge 2, 4, 6 und R vorgesehen ist.
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Die Ausgangswellen 11 und 12 sind jeweils formschlüssig über eine Kerbverzahnung 20 bzw. 21 mit den Reibscheiben 6 und 7 über Dämpfungssysteme 10 bzw. 24 miteinander verbunden.
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Die gesamte in 1 dargestellte Doppelkupplung 1 ist von einem in der Zeichnung nicht dargestellt Kupplungsgehäuse umgeben. Die axialen Ungleichförmigkeiten werden durch ein Belagfedersystem innerhalb der Kupplung ausgeglichen. Der radiale Ausgleich erfolgt durch das radiale Spiel zwischen der Zentralscheibe 3 und der kardanischen Anlaufscheibe 16 sowie der kardanischen Anlenkung 15.
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Nach 2 der Zeichnung besteht die Doppelkupplung 18 im Wesentlichen aus den gleichen Basiselementen wie die Doppelkupplung 1 gemäß 1, wobei für die einzelnen übereinstimmenden Teile die gleichen Positionszahlen verwendet worden sind wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1.
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Bei der in 2 dargestellten Doppelkupplung 18 ist die Antriebsscheibe 2 über einen Torsionsdämpfer 9 sowie einen Kupplungskörper 14 mit der Zentralscheibe 3 verbunden, d.h., dass die Zentralscheibe 3 mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebsscheibe 2 umläuft. Die beidseitig der Zentralscheibe 3 angeordneten Anpressplatten 4 und 5 laufen mit der Zentralscheibe um, sind jedoch axial zu der Zentralscheibe 3 verschiebbar. Die Zentralscheibe ist, im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel, auf der Hohlwelle 11 über ein Lager 19 abgestützt und gegenüber der Eingangswelle entkoppelt.
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Das An- und Abkuppeln der jeweiligen Reibscheibe 6 bzw. 7 erfolgt in gleicher Weise wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Vollwelle 12 und der Motoreingangswelle 8 ein Pilotlager 22 vorgesehen.
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Das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen identisch mit der Kupplungsausführung in 1. Allerdings ist zwischen der Vollwelle 12 und der Motoreingangswelle 8 ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ein Pilotlager 22 positioniert.
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Die in 4 dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der Kupplungsausführung gemäß 2. Diese Ausführungsform weist allerdings zwei Dämpfungssysteme 10 und 24 auf, die zwischen den Reibscheiben 6 bzw. 7 und den zum Getriebe führenden Ausgangswellen 11 und 12 angeordnet sind.
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Die 5 und 6 zeigen standardisierte Reibscheibensysteme, wie sie bei Kupplungsreibscheiben in Doppelkupplungsbetrieben, automatisierten Getrieben und manuellen Getrieben verwendet werden.
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Diese Reibscheibensysteme sind mit einem Kupplungsbelag 25 versehen und mittels Belagnieten 26 mit den Federsegmenten 27 verbunden, die wiederum über Segmentnieten 28 mit der Mitnehmerscheibe 29 verbunden sind. Die Mitnehmerscheibe 29 weist eine Nabe 30 mit einer Innenkerbverzahnung auf, die einstückig mit der Mitnehmerscheibe 29 ausgebildet oder über eine Nietverbindung mit dieser verbunden sein kann.
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In 6 sind in perspektivischer Darstellung zwei grundlegende Versionen von Federsegmentsystemen veranschaulicht. Diese bestehen einerseits aus einem Einzelsegment 31 oder aus einem Doppelfedersegment 32, 34. In beiden Systemen ist mindestens ein Federsegment mit der Mitnehmerscheibe 29 über einen Segmentniet 26 verbunden. Bei dem Doppelfedersegmentsystem können auch beide Einzelsegmente 32 und 34 mit der Mitnehmerscheibe verbunden sein.
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Aus dem Stand der Technik sind vier verschiedene Belagfedersysteme bekannt:
- 1) Einstufige Belagcharakteristik, Einfach- oder Einzelsegmentsystem:
In 7 ist ein Einfach- oder Einzelsegmentsystem dargestellt. Hier sind beide Kupplungsbeläge 25 wechselseitig auf die dünnen, gewölbten Einzelsegmente 27 mittels der Belagnieten 26 aufgenietet. Die Wellung Einzelsegmente 27 bzw. Federsegmente ist hierbei bevorzugt zu der Seite der Anpressplatten 4 und 5 hin gerichtet. In Einzelfällen kann die Wellung aber auch zur Seite der Zentralscheibe 3 gerichtet sein.
- 2) Zweistufige Belagcharakteristik, Doppelsegmentfederungssystem:
In 8 ist ein Doppelsegmentfederungssystem dargestellt. Dabei sind jeweils zwei symmetrische, in der Wirkungsrichtung entgegengesetzt angeordnete Doppelsegmente 32 Rücken an Rücken zwischen den Kupplungsbelägen 25 angeordnet. Die Doppelfedersegmente 32 sind gegenseitig verspannt und wechselweise mit den Belagnieten 26 verbunden, sodass die volle Ausnutzung des vorhandenen Federwegs gegeben ist. Der Vorteil gegenüber der Einzelsegmentierung ist eine höhere Federrate. Es wird dann nur der halbe bzw. ein geringerer Federweg benötigt, um die gleiche Kupplungskapazität aufzubauen. Jedoch ist bei dieser Ausführungsform die Kupplungsverstärkung sehr groß, was sich nachteilig auf die Kupplungskontrollierbarkeit auswirkt.
- 3) Einstufige Belagcharakteristik, Federsegment in Mitnehmerscheibe integriert:
In 9 ist die Mitnehmerscheibe mit einem Einzelsegment 34 versehen. Diese Konstruktion wird aus Platzgründen, wenn eine Nietverbindung nicht möglich ist, ausgeführt.
- 4) Einstufige Belagcharakteristik, Zwischenblech-Federungssystem:
In 10 ist ein Zwischenblech-Federungssystem dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine auf die Mitnehmerscheibe 29 vormontierte Belagfeder 36, die über Federnieten 37 kraftschlüssig mit der Mitnehmerscheibe verbunden ist. Der Kupplungsbelag bzw. die Kupplungsbeläge werden bei dieser Ausführungsform direkt auf das Trägerblech 62 aufgenietet.
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Die Kupplungskapazität ist über folgende Formel bestimmt: Mk = Fa·Mu·Rm·z
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Dabei bedeuten:
- Mk
- = Kupplungsmoment
- Fa
- = Anpresskraft
- Mu
- = Reibwert
- Rm
- = mittlerer Reibradius
- Z
- = Anzahl der Reibflächen
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Die Anpresskraft ergibt sich durch die resultierende, in Reihe geschaltete Federrate, multipliziert mit dem Federweg beim Anpressen der Kupplung. Im mittleren und unteren Drehmomentbereich dominiert die Kupplungsbelagfeder die Anpresskraftcharakteristik. Diese ist in 11 beispielhaft dargestellt. Dabei werden drei Bereiche veranschaulicht:
- 1) Position 38:
Kupplungskriechmoment von 10 Nm bis 25 Nm, realisiert über einen Federweg von ca. 0,1 mm.
- 2) Position 39:
Tastpunktbereich, in dem kein Moment übertragen wird, und zwar über einen Federweg von ca. 0,05 mm.
- 3) Position 40:
Kupplungspunkt, an dem mehr als 50 Nm über einen Federweg von ca. 0,28 mm übertragen werden.
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Eine Belagfederkurve zeigt beispielhaft, in welchem geringen Federwegband sehr hohe Anpresskräfte erzeugt werden. Wenn nun hohe Variabilität in den Reibwerten hinzukommt, ist eine hohe und dazu hoch variable Übertragungsfunktion mit einer hohen Drehmomentstreuung der Kupplung die Folge.
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Diese Wirkung ist in 12 dargestellt. Die Charakteristik 44 zeigt hier eine mögliche Übertragungsfunktion mit konstantem Reibwert, resultierend aus einem geringen Federweg und einer hohen Federrate der jeweils verwendeten Belagfedern. Um ein konstantes Kriechmoment oder eine Tastpunkeinstellung der Kupplung zuverlässig und wiederholbar zu erzielen, ist eine sehr genaue Wegkontrolle notwendig. Dies bereitet aber Schwierigkeiten, wenn der Reibwert dazu noch variiert.
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Um die aufgeführten Probleme zu lösen, ist gemäß der Erfindung eine mindestens zweistufige bis zu einer vierstufigen Belagcharakteristik vorgesehen. Dies wird in den 12a bis 12c dargestellt, wobei dies in Abhängigkeit von der Höhe und der Variabilität des Belagreibwertes abzustimmen ist.
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Gemäß der Erfindung sind folgende Belagfedercharakteristika bzw. -stufen vorgesehen:
- A) Phase der Gangrasseldämpfung
- B) Kupplungstastpunkt- und Kriechkontrolle
- C) Teillastbereich
- D) Volllastbereich
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Bezüglich des Belagfederweges werden folgende Merkmalskombinationen vorgeschlagen:
- a) Der Belagfederweg wird gegenüber konventionellen Belagfederwegen um ca. 0,5 mm verlängert. Dies ist möglich, da die heutigen Reibbeläge wesentlich verschleißbeständiger sind.
- b) Es wird eine Gangrasseldämpfungsphase 63 eingeführt, um ein elektronisch kontrolliertes Gangrasselverhinderungs- bzw. Dämpfungssystem einführen zu können, und zwar für einen Bereich von 1 Nm bis 5 Nm. Der vorgeschlagene Belagfederweg beträgt hier 0,5 mm, jedoch kann dieser auch variiert werden.
- c) Es ist eine Tastpunkt- und Kriechkupplungsmomentphase 64 von 5 Nm bis 25 Nm vorgesehen, und zwar innerhalb eines Belagfederwegs von ca. 0,3 mm.
- d) Es wird eine Teillast/Anfahr- und Operationsphase 67 eingeführt, die für Operationen über ca. 25 Nm bis 50 Nm/120 Nm vorgesehen ist.
- e) Es wird eine Volllast/Anfahr- und Operationsphase 65 eingeführt, die für Kupplungsmomente größer als ca. 120 Nm bis zum Ende des Belagfederwegs des Systems bei ca. 1,3 mm vorgesehen ist.
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Diese Gesamtcharakteristik kann nicht durch eine einzige Belagfederkennung realisiert werden, sondern es sind mindestens zwei oder mehr Federcharakteristika dazu notwendig. Hierzu können Federn in Parallelschaltung oder in Reihenschaltung verwendet werden.
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12a illustriert eine Lösung mit der resultierenden Federcharakteristik 43, die aus der Superposition einer ersten Federcharakteristik 41 und einer zweiten Federcharakteristik 42 entsteht, wobei die verschiedenen Belagfederwege aktiv werden, beispielsweise die Federcharakteristik 42 ab ca. 0,1 mm und die Federcharakteristik 41 ab ca. 0,8 mm. Diese Lösung entsteht aus einer zweistufigen Federcharakteristik, wobei das Besondere an dieser Lösung ist, dass die erste Federcharakteristik eine besonders flache Kennung zeigt und zur Dämpfung des Gangrasselns des passiven Antriebspfades benutzt wird.
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Vorzugsweise greift man auf mehrstufige Lösungen zurück, wie sie beispielsweise in
12b und
12c gezeigt sind.
12b zeigt eine Lösung in drei Stufen, wobei die dritte Stufe für die Teillast- und Volllastoperationen vorgesehen ist.
12c zeigt eine optimale Federkennung, die in vier Bereiche aufgeteilt ist:
| C-Stufe 1: | Gangrasseldämpfung |
| C-Stufe 2: | Kupplungstastpunkt- und Kriechkontrolle |
| C-Stufe 3: | Teillastbereich |
| C-Stufe 4: | Volllastbereich |
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Jede einzelne Gesamtfederkennung kann analog mit Belagfedern erzielt werden, die in Reihenschaltung oder Parallelschaltung angeordnet sind. Es ist auch möglich, Reihen- und Parallelschaltung der Belagfedern miteinander zu kombinieren.
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Im Folgenden werden verschiedene Detaillösungen beschrieben, die zu einer zwei- oder mehrstufigen Belagfedercharakteristik führen:
13a zeigt eine erste Einzelsegmentausführung, bei der ein Einzelsegment 47 mit einer ersten Federrate kraftschlüssig an dem Kupplungsbelag befestigt bzw. über einen Niet 49 verbunden ist. Ein zweites Einzelelement 46 mit einer zweiten Federrate ist nur mit einem Belagniet mit dem Kupplungsbelag verbunden, wobei jedoch an dem zweiten Belagniet die Verbindung so ausgeführt ist, dass ein Abstand 45 zu dem Kupplungsbelag bleibt. Beim Zusammenpressen der beiden Kupplungsbeläge kommt dann zunächst die Federrate der Belagfeder 47 zum Tragen und beim weitergehenden Zusammenpressen tritt die Federrate der Belagfeder 46 hinzu, sodass beide Belagfedern 47 und 46 wirksam werden. Dies kann mit insgesamt mindestens drei Segmenten, beispielsweise 3 bis 6 oder 4 bis 8 Einzelsegmenten realisiert werden, von denen jeweils die erste Hälfte mit der ersten Federrate und die zweite Hälfte mit der zweiten Federrate ausgestattet sind. Die Belagfedern sind dann so zu positionieren, dass eine rechtwinklige, parallele und stabile Position der Kupplungsbeläge gewährleistet ist. Die Einzelsegmente sind hier entweder in die Mitnehmerscheibe 28 integriert oder kraftschlüssig vernietet.
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13b zeigt eine ähnliche Lösung wie 13a. Der Unterschied besteht hier lediglich darin, dass der Kupplungsbelag mit einem Trägerblech 66 verklebt ist. In diesem Fall können das Trägerblech oder die Einzelsegmente mit der Mitnehmerscheibe kraftschlüssig verbunden sein.
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In 14a ist eine mehrstufige, mindestens aber zweistufige, Doppelsegmentausführung dargestellt, bei der ein erstes Doppelsegment 51, welches eine bestimmte erste Federrate aufweist, über Nieten an dem Kupplungsbelag befestigt ist. Ein zweites Doppelsegment 52, welches eine zweite Federrate aufweist, ist ebenfalls mit dem Kupplungsbelag kraftschlüssig verbunden.
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Parallel zu der ersten Doppelsegmentausführung ist mit einem Abstand eine zweite Doppelsegmentausführung geschaltet, bei der das eine Element 69 eine dritte Federrate und das andere Segment 70 eine vierte Federrate aufweist.
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Beide Doppelsegmentausführungen sind mit einem Anschlag versehen, bei dem jeweils die schwächere Federkennung auf Masse geschaltet ist. Beim Zusammenpressen der beiden Kupplungsbeläge kommen dann beide Federraten der Belagfedern 50 und 51 direkt zum Tragen und mit Abstand 45 dann die Belagfedern 69 und 70.
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Eine solche Ausführung kann mit insgesamt mindestens acht Doppelsegmenten, also vier mit Abstand und der ersten und zweiten Federrate und vier ohne Abstand mit der dritten und vierten Federrate, realisiert werden. Analog ist auch eine 3/6 oder 5/10 Lösung möglich.
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Die Belagfedern sind dann so zu positionieren, dass eine rechtwinklige, parallele und stabile Position der Kupplungsbeläge gewährleistet ist. Die Doppelsegmente sind dann entweder in die Mitnehmerscheibe 28 integriert oder kraftschlüssig vernietet.
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14b zeigt eine ähnliche Ausführung wie 13a. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass der Kupplungsbelag mit einem Trägerblech 66 verklebt ist. In diesem Fall können das Trägerblech und die Einzelsegmente mit der Mitnehmerscheibe kraftschlüssig verbunden sein.
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Die Federcharakteristika stellen sich hier wie folgt dar:
Stufe 1: C-Stufe 1 = C1·C2/(C1 + C2)
Stufe 2: C-Stufe 2 = C1·C2/(C1 + C2) + C3·C4/(C3 + C4)
Stufe 3: (Stopp Anschlag C1/C2): C-Stufe 3 = C2 + C3·C4/(C3 + C4)
Stufe 4: (Stopp Anschlag C3/C4): C-Stufe 4 = C2 + C4
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15a zeigt eine zweite mehrstufige Segmentausführung, in der ein Einzelsegment 46 mit einer ersten Federrate mit dem Kupplungsbelag kraftschlüssig verbunden bzw. mit diesem vernietet ist. Ein zweites Doppelsegment 51, welches mit einer zweiten Federrate versehen ist, ist mit beiden Kupplungsbelägen verbunden. Das Einzelsegment 46 ist jedoch nur mit einem Belagniet an einem Kupplungsbelag kraftschlüssig befestigt; dabei ist an einem der beiden Nieten die Verbindung so ausgeführt, dass ein Abstand 45 vorhanden ist. Beim Zusammenpressen der beiden Kupplungsbeläge kommt dann zunächst die Federrate der Doppelbelagfeder 51 zum Tragen. Wenn dann der Nietabstand null ist, kommen beide Federraten der Belagfedern 51 und 46 zum Tragen. Diese Konfiguration kann auch drei Federraten im gleichen Bauraum realisieren, indem man bei dem Doppelsegment den beiden Einzelsegmenten verschiedene Federraten zuordnet. Damit würde dann zunächst die erste Federrate des Doppelsegments 51 wirken, dann die Federrate des Einzelsegments 45 und schließlich die Kombination der Federrate des Einzelsegments 46 mit den beiden Federraten der Einzelsegmente des Doppelsegments 51.
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Diese Anordnung kann mit insgesamt mindestens drei Einzel- und Doppelsegmenten in einer 3/6 oder 4/8-Konfiguration realisiert werden. Die Belagfedern sind dann so zu positionieren, dass eine rechtwinklige, parallele und stabile Position der Kupplungsbeläge gewährleistet ist. Die Einzelsegmente können entweder in die Mitnehmerscheibe 28 integriert oder kraftschlüssig mit dieser verbunden sein.
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15b zeigt eine ähnliche Lösung wie 15a. Der Unterschied besteht allerdings darin, dass der Kupplungsbelag bei der Ausführung gemäß 15b mit einem Trägerblech 66 verklebt ist. In diesem Fall können das Trägerblech 66 oder die Einzel- und Doppelsegmente mit der Mitnehmerscheibe kraftschlüssig über eine Vernietung verbunden sein.
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Die Federcharakteristika stellen sich hier wie folgt dar:
Stufe 1: C-Stufe 1 = C1·C2/(C1 + C2)
Stufe 2: C-Stufe 2 = C1·C2/(C1 + C2) + C3
Stufe 3 (Stopp Anschlag C1/C2): C-Stufe 3 = C2 + C3
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15c und 15d zeigen eine ähnliche Lösung wie 15a und 15b. Der Unterschied besteht hier in der Anordnung der Federelemente mit den unterschiedlichen Federcharakteristika:
Stufe 1: C-Stufe 1 = C1
Stufe 2: C-Stufe 2 = C3·C2/(C3 + C2) + C1
Stufe 3 (Stopp Anschlag C3/C2): C-Stufe 3 = C1 + C3
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16a zeigt eine Belagausführung, bei der eines der beiden Belagfedersysteme als Doppellamellen-Belagfeder 52 ausgebildet ist. Alternativ könnte aber auch die als Einzelsegment 47 dargestellte Belagfeder als Doppellamellen-Belagfeder ausgebildet sein. Bei dieser Ausführung besteht die Möglichkeit, mehr als zwei Federraten zu realisieren, indem man verschiedene Belagdicken bzw. –formen verwendet und damit eine sehr hohe Federratenprogression erreicht.
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16b zeigt die gleiche Ausführung wie 16a, wobei allerdings der Kupplungsbelag 48 mit einem Trägerblech 66 versehen ist.
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17a zeigt eine weitere zweistufige Belagausführung mit einer Zwischenblechlösung bzw. einer Doppelsegmentfeder mit zwei unterschiedlichen Federraten, die an einem Zwischenblech 54 realisiert sind. Dieses Zwischenblech 54 ist mit dem Trägerblech 66, beispielsweise mittels Nieten 53, und des Weiteren mit dem Kupplungsbelag über die Belagnieten 26 kraftschlüssig verbunden. Eine Seite des Zwischenblechs 54 berührt direkt und kraftschlüssig den ersten Kupplungsbelag, während die andere Seite des Zwischenblechs 54 einen Abstand zu dem Kupplungsbelag aufweist. Beim Zusammenpressen der Kupplung wird zunächst eine Seite des Zwischenblechs 54, welches eine erste Federrate aufweist, komprimiert. Wenn der Abstand zwischen dem Zwischenblech 54 und dem Kupplungsbelag 48 null ist, kommt die zweite Seite in Kontakt mit dem Kupplungsbelag, sodass die zweite kombinierte Federrate zum Tragen kommt. Bei dieser Ausführungsform kann das Trägerblech oder das Zwischenblech kraftschlüssig mit der Mitnehmerscheibe verbunden sein.
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17b zeigt eine mehrstufige Belagausführung mit einer Zwischenblechlösung bzw. einer Doppelsegmentfeder 54 mit zwei Federraten und einer zweiten Doppelsegmentfeder mit wiederum zwei unterschiedlichen Federraten, die in einem zweiten Zwischenblech realisiert sind. Hierbei können die Abstände zwischen den Belagausführungen so gewählt werden, dass wahlweise jede der vier Federraten einzeln oder zusammen parallel zugeschaltet werden können. Dies hat den Vorteil, dass wahlweise eine ein- bis vierstufige Version gewählt werden kann, wobei die einstufige Version als Gesamtfederrate C1 + C2 + C3 + C4 und die vierstufige Version C1, dann C1 + C2, dann C1 + C2 + C3 und dann C1 + C2 + C3 + C4 sein kann. Es sind alle denkbaren parallel geschalteten Kombinationen möglich. Die Anordnung kann mit insgesamt mindestens drei Einzel- und Doppelsegmenten, also 3/6 oder 4/8-Konfigurationen, realisiert werden.
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Die Belagfedern sind dann so zu positionieren, dass eine rechtwinklige, parallele und stabile Position der Kupplungsbeläge gewährleistet ist. Die Einzelsegmente können hier entweder in die Mitnehmerscheibe 28 integriert oder kraftschlüssig mit dieser vernietet sein.
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Im Folgenden wird anhand der 18 beschrieben, wie durch die Erfindung die elektronisch kontrollierbare Gangrasselverhinderung/-dämpfung realisiert werden kann:
18a zeigt in schematischer Darstellung ein Doppelkupplungssystem mit einem ersten Teilgetriebe 59 gemeinsam mit einer ersten Kupplung 55 sowie einem zweiten Teilgetriebe 58 mit einer zweiten Kupplung 56. In dem ersten Teilgetriebe werden die Gänge 1-3-5 und in dem zweiten Teilgetriebe die Gänge 2-4-6 realisiert. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, gibt es dabei jeweils einen aktiven Pfad 60 sowie einen passiven Pfad 61. Der passive Pfad 61 kann entweder vorsynchronisiert oder neutral über die Synchronisierung zugeschaltet sein. In dem in 18a dargestellten Ausführungsbeispiel wird die zweite Kupplung 56 passiv zugeschaltet.
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Szenario 1: Der passive Pfad ist vorsynchronisiert.
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In diesem Fall baut die Kupplung ein Gegenmoment auf und „verspannt“ die vorsynchronisierten Gangräder gegeneinander, die somit kein Gangrasseln mehr verursachen können. Die übrigen Losräder werden dann über die eingeschaltete zweite Kupplung 56 mit einer entsprechenden Differenzdrehzahl versehen, die wiederum eine Dämpfung an dem nicht vor-synchronisierten Gangrad erzeugt und somit das Gangrasseln dämpft.
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Szenario 2: Der passive Pfand ist nicht vorsynchronisiert.
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In diesem Fall erzeugt das Anlegen der passiven Kupplung eine Drehzahldifferenz zwischen den Losrädern und der passiven Eingangswelle, was zu einer Dämpfung des Gangrasselns führt.
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In 18b ist das gleiche Doppelkupplungsgetriebe wie in 18a dargestellt. Hierbei liegt allerdings das erste Teilgetriebe 59 in dem passiven Pfad 60 und das zweite Teilgetriebe 58 in dem aktiven Pfad 61. Die oben erwähnten Szenarien 1 und 2 sind analog auf das passive erste Teilgetriebe übertragbar.
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Die beschriebene Anwendung des passiven Teilgetriebes als Dämpfer für die Losräder ist grundsätzlich sowohl bei Doppeltrockengetrieben als auch bei Doppelnassgetrieben realisierbar. Grundvoraussetzung für eine solche Realisierung ist, dass der passive Pfad immer unter Schlupfkontrolle gehalten wird und somit den passiven Pfad gegenüber Motordrehmomentungleichförmigkeiten abschirmt. Dies ist nur möglich, indem man die Kupplungsmomente in einem Bereich von etwa 1Nm bis 10Nm genau einstellen kann. Hierbei ist die beschriebene Erfindung der zwei- bzw. mehrstufigen Belagfeder als Lösung zur Gangrasseldämpfung unabdingbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Doppelkupplung / System 1
- 2
- Antriebsscheibe
- 3
- Zentralscheibe
- 4
- Anpressplatte
- 5
- Anpressplatte
- 6
- Reibscheibe
- 7
- Reibscheibe
- 8
- Eingangswelle
- 9
- Torsionsdämpfer
- 10
- Torsionsdämpfer
- 11
- Ausgangswelle (Hohlwelle)
- 12
- Ausgangswelle (Vollwelle)
- 13
- Kupplungskörper 1
- 14
- Kupplungskörper 2
- 15
- kardanische Anlenkung der Zentralscheibe
- 16
- kardanische Anlaufscheibe
- 17
- Zentralscheibe gelagert auf der Hohlwelle 11
- 18
- Doppelkupplung/System 2
- 19
- Kupplungslager
- 20
- Kerbverzahnung – Kupplung 1
- 21
- Kerbverzahnung – Kupplung 2
- 22
- Pilotlager
- 23
- Lagersystem Hohlwelle/Vollwelle
- 24
- Torsionsdämpfer
- 25
- Kupplungsbelag
- 26
- Belagniet
- 27
- Federsegment 1
- 28
- Segmentniet Mitnehmerscheibe
- 29
- Mitnehmerscheibe
- 30
- Nabe
- 31
- Einzelsegment
- 32
- Doppelsegment
- 33
- Segmentbelagniet
- 34
- Federsegment 2
- 35
- Einscheibenfedersegment
- 36
- vormontierte Belagfeder-/Mitnehmerscheibensystem
- 37
- Federniet
- 38
- Phase – Kriechkontrolle
- 39
- Phase – Geringe Drehmomentenübertragung
- 40
- Phase – Hohe Drehmomentenübertragung
- 41
- Einzelbelagfedercharakteristik 1
- 42
- Einzelbelagfedercharakteristik 2
- 43
- Belagfedercharakteristik 1 + 2 überlagert
- 44
- Standardbelagfedercharakteristik
- 45
- Abstand Belagfeder 1 zu Belagfeder 2
- 46
- Belagfeder 1
- 47
- Belagfeder 2
- 48
- Kupplungsbelag integriert in eine Stahlscheibe
- 49
- Belagniet 2
- 50
- Doppelbelagfedercharakteristik 1
- 51
- Doppelbelagfedercharakteristik 2
- 52
- Doppellamellenbelagfeder
- 53
- Segmentniet
- 54
- Doppelsegmentfeder mit zwei Federcharakteristika
- 55
- Kupplung 1
- 56
- Kupplung 2
- 57
- Motordrehzahl
- 58
- Teilgetriebe 1
- 59
- Teilgetriebe 2
- 60
- Aktiver Antriebsstrang
- 61
- Passiver Antriebsstrang
- 62
- Ausgangswellendrehzahl
- 63
- Gangrasseldämpfungsphase
- 64
- Kriechkupplungsmomentphase
- 65
- Anfahrmomentphase
- 66
- Trägerblech
- 67
- Teillastphase
- 68
- zweite Doppelsegmentausführung
- 69
- Doppelsegmentfedercharakteristik 3
- 70
- Doppelsegmentfedercharakteristik 4
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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