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Die Erfindung betrifft eine Lamellen-Kupplung mit zentriertem Lamellenpaket nach dem Oberbegriff des Patenanspruches 1.
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Eine derartige Lamellenkupplung ist mit dem Gegenstand der
EP 1 783 388 A2 bekannt geworden.
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Das Lamellenpaket besteht aus einer Reihe von abwechselnd im Abstand hintereinanderliegend angeordneten Lamellen, die zwischen einem verzahnten Außenlamellenträger und einem gleichfalls verzahnten Innenlamellenträger in axialer Richtung zentriert sind.
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Nachteil beim Gegenstand der
EP 1 783 388 A2 ist die fehlende Zentrierung der einzelnen Lamellenscheiben im Lamellenpaket. Diese sind sozusagen schwimmend zwischen der Verzahnung des Außenlamellenträgers und dem Innenlamellenträger gelagert, wobei besondere Zentrierungsprobleme an der ersten Lamellenscheibe bestehen, die den Anfang des Lamellenpaketes bildet und auf die der direkte Druck des Betätigungskolbens einwirkt.
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Die erste Lamellenscheibe wird in der folgenden Beschreibung als Startlamelle bezeichnet und beim Stand der Technik bestand der Nachteil, dass die Startlamelle nicht genügend zentriert werden konnte.
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Sie hatte ein unbeabsichtigtes und unerwünschtes radiales Spiel, weil eine Zentrierung im Zwischenraum zwischen den Verzahnungen des Außenlamellenträgers und dem Innenlamellenträger nicht möglich war, weil der Stirnseitenbereich sowohl der Innen- als auch der Außenlamellenträger bisher eine Zentrierung nicht zuließ.
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Aufgrund der fehlenden Zentrierung bestand der Nachteil eines verlängerten Kupplungseingriffes, weil sich die nächst der Kolbendruckfläche liegende Seite der Startlamelle in Bezug zu dieser angreifenden Kolbendruckfläche erst zentrieren musste, bevor sie mit voller Kraft und mit hoher Kraftübertragung an die übrigen Lamellen angepresst wurde.
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Dieser kurze Zentrierungsvorgang beeinflusste die Verschließzeit der Kupplung und verschlechterte das homogene Kuppeln zwischen den Lamellenträgern, was unter Umständen zu einem Rucken beim Schaltvorgang führen konnte.
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Mit dem Gegenstand der
DE 102 05 768 A1 ist eine weitere Lamellen-Kupplung mit zentriertem Lamellenpaket bekannt geworden. Es ist jedoch keine Zentrierung der Startlamelle gegeben, weil diese radial schwimmend und verschiebbar auf dem Lamellenträger angeordnet ist und damit die vorher beschriebenen Nachteile entstehen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lamellenkupplung mit zentriertem Lamellenpaket der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass kürzere Kupplungsschliesszeiten bei Vermeidung eines Schaltruckelns gewährleistet sind.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Mit der Erfindung wurde eine Lösung gefunden, bei der die nächst dem Betätigungskolben liegende erste Lamellenscheibe (Startlamelle) vor deren Betätigung durch den Betätigungskolben bereits schon im Lamellenträger zentriert ist.
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Dies wird dadurch erreicht, dass die Startlamelle an ihrem Außenumfang eine konische Mantelfläche als Verzahnung aufweist, die mit einer komplementären, jedoch anders gerichteten Innenverzahnung am Innenumfang des Außenlamellenträgers einen anfänglichen formschlüssigen Eingriff bildet, der erst mit dem Kontakt mit dem Betätigungskolben aufgehoben wird.
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Damit ergibt sich der Vorteil, dass eine Vorzentrierung der Startlamelle mit ihrem schräg verzahnten Außenumfang an einer zugeordneten Verzahnungsfläche am Innenumfang des Außenlamellenträgers stattfindet, bevor die Kupplung selbst betätigt wird. Dies bedeutet, dass die Startlamelle auch bereits schon vorzentriert im Außenlamellenträger gehalten ist, und damit praktisch spielfrei und ohne radiales Spiel bereits schon eine Zentrierung zu den übrigen Lamellen im Lamellenpaket findet, was mit wesentlichen Vorteilen verbunden ist:
Ein erster Vorteil der Erfindung liegt darin, dass aufgrund der zentrierten Anordnung der Startlamelle kürzere Kupplungsschaltzeiten gegeben sind, weil es nicht mehr erforderlich ist, dass sich die Startlamelle erst beim Betätigen der Kupplung zum Betätigungskolben hin zentriert, einstellt und ihr möglicherweise vorhandenes Winkelspiel verliert. Die Zentrierung nach der Erfindung vermeidet einen anfänglichen Taumelschlag der Startlamelle, der beim Stand der Technik erst bei Berührung der Kolbenfläche mit der Startlamelle beseitigt wurde und wertvolle Kupplungsschliesszeit benötigte.
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Mit den Merkmalen der Erfindung können der Kupplungsweg und die damit verbundenen Kupplungsschaltzeiten entscheidend verkürzt werden, und zwar bevorzugt im Bereich von ca. 20 Prozent gegenüber herkömmlichen Lamellen-Kupplungen. Aufgrund der Vorzentrierung der Startlamelle werden demnach ein radiales Einstellspiel und ein möglicherweise verkantetes Spiel der Startlamelle von vornherein ausgeschlossen, und diese wird bereits schon zentrisch zu den übrigen Lamellen im Außenlamellenträger gehalten, bevor sie in Kontakt mit dem Betätigungskolben kommt.
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Sobald sich der Betätigungskolben jedoch an der Startlamelle anlegt, um diese in axialer Richtung zu bewegen, wird der Formschlusseingriff zwischen dem Außenumfang der Startlamelle und dem Innenumfang des Außenlamellenträgers aufgehoben. Weil aber die Startlamelle bereits zentrisch ausgerichtet ist, werden die entscheidenden Verbesserungen in der Kupplungsbetätigungszeit erreicht.
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Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass die Startlamelle mit ihrem Außenumfang eine formschlüssige Zentrierung am Innenumfang des Außenlamellenträgers vornimmt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass die gleiche Zentrierung der Startlamelle mit der gleichen Funktion an der Innenseite der Startlamelle in Richtung auf den Innenlamellenträger stattfindet.
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Es wird also allgemein eine Zentrierung zwischen einer Startlamelle und der Verzahnung des Außenlamellenträgers und/oder alternativ der Verzahnung des Innenlamellenträgers beansprucht.
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Der einfacheren Beschreibung wegen wird jedoch in der folgenden Beschreibung von der Formschlusszentrierung zwischen dem Außenumfang der Startlamelle und dem Innenumfang des Außenlamellenträgers ausgegangen, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die Zentrierung am Außenumfang der Startlamelle und dem verzahnten Innenumfang des Außenlamellenträgers aus schräg ineinander greifenden, konusförmigen Zahnflanken, die schräg zur Betätigungsrichtung des Betätigungskolbens, und damit zur Längsachse der Lamellenkupplung, geneigt sind.
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Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung ist deshalb die nächst der Betätigungsfläche des Betätigungskolbens liegende Stirnseite der Startlamelle mit Schrägflächen versetzt, die sich an komplementären, jedoch anders geneigten Schrägflächen (Konusansätzen) am Innenumfang des Außenlamellenträgers zentrieren und formschlüssig ineinandergreifen.
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Um jedoch eine Verkeilung der gegenseitigen und komplementären ineinander greifenden Schrägflächen von Startlamelle und Lamellenträger zu vermeiden, ist es vorgesehen, dass die Neigung der einen Schrägfläche zum Beispiel an der Startlamelle von der Neigung der Schrägfläche am Innenumfang des Außenlamellenträgers abweicht, sodass zwei komplementäre, jedoch unterschiedlich geneigte Konus- oder Schrägflächen ineinandergreifen und durch die unterschiedlichen Winkeleinstellungen gewährleistet wird, dass die Startlamelle störungsfrei in axialer Richtung vom Betätigungskolben aus der formschlüssigen Verzahnung am Innenumfang des Außenlamellenträgers ausgerückt werden kann, wodurch sie sofort in zentrischem Eingriff mit den übrigen Lamellen des Lamellenpaketes gelangt. Die unterschiedlichen Winkeleinstellungen verhindern eine unerwünschte Verkeilung der zunächst im formschlüssigen Eingriff befindlichen Teile von Startlamelle und Lamellenträger.
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In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Außenumfang der Verzahnung der Startlamelle in Richtung zur Drehachse angeordnete Schrägflächen angeordnet sind, die mit zugeordneten Konusflächen an einer Stirnseitenverzahnung am Innenumfang des Lamellenträgers zusammenwirken, und sich an diesem zentrieren.
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Wichtig ist demnach, dass die Verzahnung des Außenlamellenträgers sich nicht über die gesamte Länge des Außenlamellenträgers erstreckt, sondern dass die nächst der Betätigungsfläche des Kolbens liegende Stirnseite des Außenlamellenträgers eine Stirnseitenverzahnung am Innenumfang trägt, die mit der zugeordneten Konus- oder Schrägflächen aufweisenden Außenverzahnung der Startlamelle formschlüssig zusammenarbeitet und im nicht eingerückten Zustand der Kupplung eine Zentrierung der Startlamelle gewährleistet.
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Erst wenn die Startlamelle durch Eingriff des Betätigungskolbens aus der Stirnseitenverzahnung des Außenlamellenträgers verschoben wird, kommen die einander zugeordneten, jedoch mit unterschiedlichem Winkel ineinandergreifenden Schräg- oder Konusflächen außer Eingriff. Die so zentrierte Startlamelle kann dann sofort spielfrei und verkantungsfrei mit den übrigen Lamellen des Lamellenpaketes zusammenwirken.
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen:
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1: schematisiert eine vereinfacht dargestellte Lamellen-Kupplung in auseinandergezogener Darstellung
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2: die Lamellen-Kupplung nach 1 im nicht eingerückten und nicht-aktuierten Zustand
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3: eine Vergrößerung der Darstellung nach 2
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4: perspektivische Ansicht auf den Innenumfang des Außenlamellenträgers
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5: die gleiche Darstellung wie 5 mit einer Ansicht auf den Innenumfang des Außenlamellenträgers
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6: perspektivische Draufsicht auf die Verzahnung der Startlamelle
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7: ein schematisierter Schnitt durch die Startlamelle nach 7 im Bereich des Außenumfangs
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8: eine perspektivische Darstellung der Lamellen-Kupplung in stark vereinfachter Weise im nicht eingerückten und nicht-aktuierten Zustand
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In den 1 bis 3 ist vereinfacht eine Lamellen-Kupplung mit einem zentrierten Lamellenpaket dargestellt. Der Betätigungskolben 1 betätigt das Lamellenpaket durch Druck auf die Startlamelle 3 in Pfeilrichtung 7 und in Gegenrichtung.
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Der Betätigungskolben 1 weist an seiner Betätigungsfläche eine Kontaktfläche 8 auf, die auf einer zugeordneten Kontaktfläche 9 auf der Vorderseite der Startlamelle 3 aufsitzt und die Startlamelle in Pfeilrichtung 10 gegen die übrigen Lamellen des Lamellenpaketes drückt.
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Die Startlamelle 3 liegt vor einer Belaglamelle 4, die ihrerseits wiederum vor einer Außenlamelle 5 sitzt.
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Es ist eine Vielzahl von weiteren Lamellen vorhanden, wobei der Vereinfachung halber nur die Lamellen 3–5 gezeigt sind.
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Die Lamellen sind abwechselnd an der Innenverzahnung eines Außenlamellenträgers 2 und an der Außenverzahnung eines Innenlamellenträgers 6 zentrisch aufgenommen und in Bezug zu diesen beiden Lamellenträgern 2, 6 in Axialrichtung verschiebbar ausgebildet. Die Lamellenträger 2, 6 sind drehbar angetrieben, jedoch selbst nicht (axial) verschiebbar.
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Als Beispiel wird noch angegeben, dass die Belaglamelle 4 auf der Vorderseite einen Reibbelag 11 und auf der Rückseite einen Reibbelag 12 tragen kann, wobei der vordere Reibbelag 11 mit der hinteren Druckfläche 10 der Startlamelle 3 zusammenwirkt, während der hintere Reibbelag 12 mit einer vorderen Druckfläche 13 an der Vorderseite der Außenlamelle 5 zusammenwirkt.
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Die Außenlamelle 5 hat eine hintere Druckfläche 14, mit der diese auf weitere nicht näher dargestellte Lamellenscheiben presst und mit diesen einen Drehmoment übertragenden Reibschluss herstellt, wobei die letzte im Paket angeordnete Lamelle an einer (nicht dargestellten) ortsfesten Gegenfläche anliegt, um so dem Betätigungsdruck des Kolbens 1 in Pfeilrichtung 7 entgegenzuwirken.
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Wichtig ist, dass die Startlamelle 3 eine besondere Außenverzahnung 15 aufweist, die unter anderem Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Außenverzahnung 15 mit einer Verzahnung 17 des Außenlamellenträgers 2 zusammenwirkt. Die anfängliche Zentrierung der Startlamelle 3 erfolgt jedoch im Bereich einer Stirnseitenverzahnung 18 am Außenlamellenträger 2.
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Der Außenlamellenträger 2 hat im Übrigen eine vordere Stirnseite 26 in deren Bereich gemäß 8 die erfindungsgemäße Stirnseitenverzahnung 18 angeordnet ist.
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In 2 ist ein Halbschnitt der vereinfacht dargestellten Lamellen-Kupplung mit der Drehachse 19 dargestellt.
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Die Belaglamelle 4 weist an ihrem Innenumfang eine Verzahnung auf, die mit einer komplementären Verzahnung 20 am Innenlamellenträger 6 zusammenwirkt.
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Aus 3 sind die weiteren Einzelheiten der formschlüssigen Zentrierung zwischen der Startlamelle 3 und der Stirnseitenverzahnung 18 des Außenlamellenträgers 2 erkennbar.
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Im nicht eingerückten Zustand liegt die Startlamelle 3 mit ihrer vorderen Stirnseite mit einer Schrägfläche 31, die einen Winkel β – Winkel 23 – zur Horizontalen bildet, an der Innenseite eines anders geneigten, komplementären Konusansatzes 25 im Bereich der Stirnseitenverzahnung 18 des Außenlamellenträgers 2 an. Dieser Konusansatz 25 hat einen Winkel α mit dem Bezugszeichen 22. Demnach hat diese Verzahnungsflanke 21 einen gegenüber der Schrägfläche 31 abweichenden Winkel.
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Mit den Winkelabweichungen zwischen den Winkeln 22 und 23 wird gewährleistet, dass die Startlamelle mit ihren Verzahnungsflanken 24 stets außer Eingriff mit den einen größeren Winkel 22 aufweisenden Konusansätzen 25 im Bereich der Stirnseitenverzahnung 18 ausgerückt werden kann, ohne dass es zu einer Verklemmung oder Selbsthemmung kommt.
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Die 4 zeigt die Ansicht auf die Innenseite des Außenlamellenträgers, wo erkennbar ist, dass die Konusansätze 25 zur Ausbildung der Stirnseitenverzahnung 18 als Anprägungen ausgebildet sind, wobei diese Konusansätze 25 zugeordnete Konusflächen 28 bilden, die mit der zugeordneten Schrägfläche 31 in formschlüssigem, jedoch anders geneigten Eingriff sind.
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Zusätzlich sind im Stirnseitenbereich der Stirnseite 26 am Außenlamellenträger 2 Anschlagnoppen 27 eingeformt, die zur verbesserten Zentrierung der Startlamelle 3 dienen. Diese Anschlagnoppen 27 sind radial einwärts in Bezug zu den am Außenumfang angeordneten komplementären Konusflächen 28, 31 vorgesehen und bilden eine weitere Abstützfläche für die Startlamelle 3, um diese verkantungsfrei und verschiebungsfrei im Verbund zu halten.
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Im Ausführungsbeispiel nach 8 ist gezeigt, dass die Anschlagnoppe 27 durch Anbringung einer in axialer Richtung gerichteten Einprägung 32 ausgeformt ist.
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Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt; in einer anderen Ausgestaltung kann die Anschlagnoppe 27 auch als Materialauftrag auf die Innenseite der Stirnseite 26 vorhanden sein.
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Die 6 und 7 zeigen die besondere Formgebung der Außenverzahnung 15 am Außenumfang der Startlamelle 3.
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Die dort dargestellten Verzahnungsflanken 24 sind sämtlich in Richtung zur Drehachse konisch ausgebildet, wie es mit der Konusform 39 in 6 dargestellt ist. Dies bedeutet, dass die Oberkante 35 des Verzahnungskörpers eine größere Länge 37 als vergleichsweise die gegenüberliegende Unterkante 36 mit der (kürzeren) Länge 38 aufweist.
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Wegen des Unterschiedes zwischen der größeren Länge 37 und der kürzeren Länge 38 kommt es zu der genannten Konusform 39. Eine solche Konusform wird im Übrigen auch im Bereich der Mantelfläche 29 erreicht.
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Wichtig ist nun, dass im Bereich des Zahnfußes, das heißt also im Bereich der Mantelfläche 29, erfindungsgemäße Schrägflächen 31 vorgesehen sind, die mit dem Winkel β, nämlich dem Winkel 23, schräg zur Horizontalen geneigt sind. Die Schrägflächen 31 kommen mit den vorher genannten Konusansätzen 25 des Außenlamellenträgers 2 im Bereich der Stirnseitenverzahnung 18 des Außenlamellenträgers 2 in formschlüssigen Eingriff, solange der Betätigungskolben 1 die Startlamelle 3 noch nicht betätigt hat.
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Die 8 zeigt die weiteren Einzelheiten des Lamellenpaketes. Hier ist dargestellt, dass sich die Belaglamelle 4 an der Verzahnung 20 des Innenlamellenträgers 6 ausrichtet. Sie hat demnach am Außenumfang eine Freistellung 33, um einen Eingriff mit dem Innenumfang des Außenlamellenträgers 2 zu verhindern.
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Gleiches gilt für die Außenlamelle 5, die mit ihrem Außenumfang zentrisch in der Verzahnung 17 des Außenlamellenträgers 2 aufgenommen ist, dort zentriert ist und in axialer Richtung verschiebbar gehalten ist.
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Zu den 6 und 7 wird noch angefügt, dass wegen der Konusform 39 natürlich auch die seitlichen Flanken, die als Konusflächen 30 bezeichnet sind, die ebenfalls die Konusform 39 aufweisen.
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Zur 8 wird angefügt, dass die Belaglamelle 4 eine Innenverzahnung 34 aufweist, mit der diese in formschlüssigem Eingriff mit der Außenverzahnung 20 des Innenlamellenträgers 6 ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungskolben
- 2
- Außenlamellenträger
- 3
- Startlamelle
- 4
- Belaglamelle
- 5
- Außenlamelle
- 6
- Innenlamellenträger
- 7
- Pfeilrichtung
- 8
- Kontaktfläche (von 1)
- 9
- Kontaktfläche (von 3)
- 10
- Druckfläche (Stahl von 3)
- 11
- Reibbelag (von 4)
- 12
- Reibbelag (von 4)
- 13
- Druckfläche (von 5)
- 14
- Druckfläche (von 5)
- 15
- Außenverzahnung (von 3)
- 16
- Außenverzahnung (von 5)
- 17
- Verzahnung (von 2)
- 18
- Stirnseitenverzahnung (von 2)
- 19
- Drehachse
- 20
- Verzahnung (von 6)
- 21
- Verzahnungsflanke (von 2)
- 22
- Winkel (von 21) – α
- 23
- Winkel (von 24) – β
- 24
- Verzahnungsflanke (von 3)
- 25
- Konusansatz (von 2)
- 26
- Stirnseite (von 2)
- 27
- Anschlagnoppe (von 2)
- 28
- Konusfläche
- 29
- Mantelfläche
- 30
- Konusfläche
- 31
- Schrägfläche (von 3)
- 32
- Einprägung (von 2)
- 33
- Freistellung
- 34
- Innenverzahnung (von 4)
- 35
- Oberkante
- 36
- Unterkante
- 37
- Länge (von 35)
- 38
- Länge (von 36)
- 39
- Konusform
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1783388 A2 [0002, 0004]
- DE 10205768 A1 [0009]
