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Die Erfindung betrifft eine Tellerfeder für eine Reibkupplung, welche dazu eingerichtet ist, die Reibpartner einer Reibkupplung miteinander in Eingriff zu bringen beziehungsweise die Übertragung der Einrückkraft auf die Reibpartner vorzunehmen.
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Eine Tellerfeder weist in der Regel einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser auf und ist ringförmig ausgebildet. Häufig ist eine solche Tellerfeder aus einem Federstahl hergestellt und weist bereits in nicht eingebautem Zustand Eigenspannungen auf, so dass zur Verformung der Tellerfeder eine erhöhte Widerstandskraft benötigt wird. Die Tellerfeder ermöglicht bei einer Überlast zwischen den Lamellen und den Kupplungsscheiben einer Reibkupplung ein Durchrutschen, indem sie bei einer übermäßigen Drehmomenteinleitung abhebt. Bei einer normal geschlossenen Reibkupplungskonfiguration sorgt die Tellerfeder für ein Anpressen der Reibelemente und bei einer normal geöffneten Reibkupplungskonfiguration sorgt die Tellerfeder für die Trennung der Reibelemente. Eine solche Tellerfeder wird in der Regel nach Art eines Hebels verwendet, so dass ein Auflager notwendig ist. Häufig wird ein solches Auflager durch einen Drahtring gebildet, welcher eine geeignete Materialeigenschaft und eine gerundete Oberfläche aufweist, so dass die Kräfte optimal aufgenommen werden können.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft eine Tellerfeder für eine Reibkupplung mit einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser, welche einen Hebelabschnitt vom Innendurchmesser bis zum Außendurchmesser und einen Kraftabschnitt vom Außendurchmesser bis zum Kraftdurchmesser aufweist, wobei über den Hebelabschnitt eine Betätigungskraft einleitbar ist und über den Kraftabschnitt die Betätigungskraft auf eine Anpressplatte übertragbar ist. Die Tellerfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder am Außendurchmesser durch eine erste Erhebung begrenzt ist, über die die Tellerfeder an einem festen Bauteil einer Reibkupplung lagerbar ist.
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Die hier vorgeschlagene Tellerfeder weist einen Hebelabschnitt auf, welcher sich über das gesamte Ringelement der Tellerfeder vom Innendurchmesser bis zum Außendurchmesser erstreckt. Der Hebelabschnitt ist dazu eingerichtet, eine Betätigungskraft einer Betätigungseinrichtung auf den Innendurchmesser der Tellerfeder über eine Lagerung am Außendurchmesser auf den Kraftabschnitt zu übertragen. Im Außenabschnitt des Ringelements der Tellerfeder vom Außendurchmesser bis zum Kraftdurchmesser ist ein Kraftabschnitt vorgesehen, welcher dazu eingerichtet ist, die durch den Hebelabschnitt bis zum Auflager übertragene Betätigungskraft auf eine Anpressplatte einer Reibkupplung zu übertragen. Zum Beispiel bei einer gezogenen Tellerfeder, das heißt eine Betätigungskraft wird entgegen der Anpressrichtung der Anpressplatte zum Beispiel beim Innendurchmesser in die Tellerfeder eingeleitet, wird die Eigenspannung und die montagebedingte Vorspannung der Tellerfeder über das Auflager am Außendurchmesser auf die Anpressplatte übertragen. Hingegen bei einer Einleitung der Betätigungskraft, also Zugkraft, auf die Tellerfeder, wird die Tellerfeder beim Kraftdurchmesser von der Anpressplatte abgehoben und dadurch die Drehmomentübertragung gelöst.
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Die hier vorgeschlagene Tellerfeder weist am Außendurchmesser eine erste Erhebung auf, die die Begrenzung der Tellerfeder nach außen hin darstellt. Mittels dieser Erhebung ist die Tellerfeder an einem festen Bauteil, zum Beispiel einem Kupplungsgehäuse einer Reibkupplung lagerbar, so dass kein Zwischenelement wie zum Beispiel ein Drahtring vorgesehen werden muss. Hierdurch wird die Montage einfacher und die Anordnung der Tellerfeder in der Lagerstelle ist intuitiver zu verstehen, womit die Fehleranfälligkeit bei der Fertigung sinkt. Zudem ist ein konventioneller Drahtring ein teures Bauteil, welches hiermit eingespart werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Tellerfeder ist die erste Erhebung in eine Vertiefung eines festen Bauteils einer Reibkupplung einhakbar.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform der Tellerfeder kann die Erhebung neben einer axialen Lagerung zudem dazu genutzt werden, eine radiale Fixierung zu erreichen, wodurch die Lage der Tellerfeder sicherer ist und die Vorspannung in der Tellerfeder infolge von radialer Zugspannung erhöht werden kann. Besonders vorteilhafter Weise ist die Vertiefung korrespondierend zu der Erhebung geformt, so dass eine gute Lagerung der Erhebung in der Vertiefung stattfindet, indem die Erhebung großflächig in der Vertiefung anliegt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Tellerfeder für eine Reibkupplung mit einem Außendurchmesser und einem Innendurchmesser vorgeschlagen, welche einen Kraftabschnitt beim Außendurchmesser und einen Hebelabschnitt beim Innendurchmesser aufweist, wobei über den Hebelabschnitt eine Betätigungskraft einleitbar ist und über den Kraftabschnitt die Betätigungskraft auf eine Anpressplatte übertragbar ist. Die Tellerfeder ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder zwischen dem Kraftabschnitt und dem Hebelabschnitt eine zweite Erhebung aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Auflager für eine Sensorfeder zu bilden.
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Die hier vorgeschlagene Tellerfeder weist einen Kraftabschnitt beim Außendurchmesser und einen Hebelabschnitt beim Innendurchmesser auf, wobei der Kraftabschnitt dazu eingerichtet ist, eine Betätigungskraft auf eine Anpressplatte zu übertragen und der Hebelabschnitt dazu eingerichtet ist, eine Betätigungskraft auf den Kraftabschnitt zu leiten. Hierbei ist die Tellerfeder mit einer zweiten Erhebung ausgestattet, über die die Tellerfeder verkippbar ist. Dabei ist die zweite Erhebung dazu eingerichtet, ein Auflager für eine Sensorfeder zu bilden, so dass auf ein Zwischenelement, wie zum Beispiel einen Drahtring verzichtet werden kann. Die zweite Erhebung bildet dabei die Stelle, die bei der Tellerfeder den Kraftabschnitt von dem Hebelabschnitt trennt, also die Tellerfeder über die Erhebung verkippbar ist. Die Sensorfeder registriert dabei eine Veränderung des Stellwegs der Anpressplatte und bildet zugleich das Auflager für die Tellerfeder.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Tellerfeder ist die zweite Erhebung eine rückwärtige Senke und die Senke ist zur Aufnahme einer Nachstelleinrichtung eingerichtet.
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Die meisten Tellerfedern sind aus einer Blechplatine gebildet, bevorzugt aus einem Federstahl, so dass jegliche Umformung der Tellerfeder zu einer korrespondierenden Form auf der gegenüberliegenden Seite der Tellerfeder führt. Bei einer solchen Ausführungsform der Tellerfeder ist es besonders vorteilhaft, die zweite Erhebung als rückwärtige Senke zu formen, in die eine Nachstelleinrichtung eingreifen kann. Hierdurch wird die Montage der Nachstelleinrichtung erleichtert und die relative Lage der Nachstellrichtung mittels der Tellerfeder fixiert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Tellerfeder ist die Erhebung durch zumindest eine der folgenden Komponenten gebildet ist:
- – eine kreisringartig umlaufende Sicke;
- – zumindest ein auf einem Kreisring angeordnetes Bogensegment; und
- – auf einem Kreisring angeordnete Pocken.
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Durch die Ausbildung einer kreisringartig umlaufenden Sicke wird eine besonders große Anlagefläche erzeugt. Hierdurch werden die Tellerfeder und auch die Anbaukomponenten durch eine breit verteilte Krafteinleitung geschont. Demgegenüber kann es vorteilhaft sein, nur Bogensegmente vorzusehen oder gar nur Pocken, welche ebenfalls im Gesamtbild einen Kreisring bilden. Hierdurch wird die Stabilität der Tellerfeder und unter Umständen eine vorteilhafte Charakteristik der Tellerfeder erzeugt. Die Tellerfeder kann dabei durch Kaltumformen und/oder durch Warmumformen gefertigt werden, wobei insbesondere für die Herstellung der hier beschriebenen Tellerfeder gegenüber bekannten Tellerfedern kein zusätzlicher Verfahrensschritt eingeführt werden muss. Vielmehr kann das gleiche, um eine entsprechende Vorrichtung beziehungsweise ein entsprechendes Umformelement (zum Beispiel ein Steg) für die Erhebung ergänztes, Werkzeug zur Herstellung der Tellerfeder verwendet werden, welches bisher zur Herstellung von konventionellen Tellerfedern eingesetzt worden ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Reibkupplung zum reibschlüssigen Verbinden einer Antriebseinheit mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welche zumindest die folgenden Komponenten aufweist:
- – eine Tellerfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche;
- – ein mitrotierendes Kupplungsgehäuse;
- – eine Betätigungseinrichtung und
- – eine Anpressplatte,
wobei die Betätigungseinrichtung auf den Hebelabschnitt der Tellerfeder einwirkt und der Kraftabschnitt der Tellerfeder auf die Anpressplatte wirkt und dabei die Erhebung die Tellerfeder zumindest mittelbar, gegen das Kupplungsgehäuse lagert.
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Die Antriebseinheit ist in Kraftfahrzeugen häufig eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor und der Antriebsstrang umfasst einen Vortrieb für das Kraftfahrzeug, zum Beispiel die bereiften Räder. Die Reibkupplung hat hierbei die Aufgabe, ein von der Antriebseinheit erzeugtes Drehmoment lösbar auf den Antriebsstrang zu übertragen. Hierzu wird mittels der Tellerfeder die Betätigungskraft durch eine Betätigungseinrichtung, welche durch die Kupplung aktiviert wird, auf die Anpressplatte, welche die erste Kupplungsscheibe des Reibsystems darstellt, übertragen. Eine solche Kraftübertragung ist im Falle einer normal geschlossenen Reibkupplungskonfiguration das Lösen der Anpresskraft, welches von der Vorspannung der Tellerfeder erzeugt und auf die Anpressplatte übertragen wird, wenn die Betätigungskraft dieser Anpresskraft nicht entgegenwirkt.
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Häufig ist es notwendig, in einer existierenden Reibkupplungskonfiguration den Betätigungsweg und die Kraftübertragung an die jeweilige Anforderung eines Kraftfahrzeugs anzupassen. Hierzu ist es möglich, allein die Tellerfeder, welche für Veränderungen der Charakteristik der Reibkupplung jeweils neu ausgelegt werden muss, zu ändern, so dass weitere Auslegungsmaßnahmen oder Umkonstruktionen von einem Drahtring oder mehreren Drahtringen überflüssig ist, weil der Drahtring durch die entsprechende Erhebung ersetzt wird. Hierdurch wird die Montage der Reibkupplung vereinfacht und die Herstellung der Reibkupplung insgesamt kostengünstiger.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das feste Bauteil das mitrotierende Kupplungsgehäuse und die Tellerfeder gezogen betätigbar.
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Durch die gezogene Konfiguration der Tellerfeder mit der ersten Erhebung wird ein besonders einfacher Aufbau einer gezogen betätigten Reibkupplung erreicht. Dabei ist kein zusätzlicher Drahtring notwendig und zudem kein weiteres Bauteil, sondern das mitrotierende Kupplungsgehäuse kann die Kräfte direkt aufnehmen. Aufgrund einer geeigneten Ausformung der Erhebung und des entsprechenden Gegenlagers am Kupplungsgehäuse können schädliche Pressungserscheinungen an der Tellerfeder und dem Gegenlager vermieden werden, weil die Auflagefläche ausreichend groß ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung steht die zweite Erhebung mit einer Sensorfeder in Kontakt und die Sensorfeder ist über ein Verbindungselement, das bevorzugt als Bolzen ausgebildet ist, gegen das mitrotierende Kupplungsgehäuse gelagert.
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Bei dieser Variante der Reibkupplung ist die Tellerfeder in der Regel eine gedrückt betätigbare Tellerfeder, wobei die Tellerfeder über eine Sensorfeder gelagert ist, welche eine Veränderung des Betätigungswegs der Tellerfeder registriert. Die Sensorfeder selbst ist über ein Verbindungselement gelagert, wobei das Verbindungselement gegen das mitrotierende Kupplungsgehäuse gelagert ist. Bevorzugt ist das Verbindungselement als im Kupplungsgehäuse befestigter Bolzen oder als mit dem Kupplungsgehäuse einstückig ausgebildeter Haken gebildet. Auch bei dieser Konfiguration kann auf einen Drahtring verzichtet werden, so dass die Montage erleichtert wird und zudem die Herstellung kostengünstiger wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Reibkupplung ist eine Nachstelleinrichtung vorgesehen, welche zwischen dem mitrotierenden Kupplungsgehäuse und der Tellerfeder angeordnet ist.
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Mit der Nachstelleinrichtung wird die Tellerfeder und dadurch die Anpressplatte entsprechend dem Nachlassen des Reibbelags oder sonstigen Setzungserscheinungen vorgerückt und damit wird einer Veränderung des Einrückwegs der Anpressplatte entgegengewirkt. Somit bleibt sowohl der Betätigungsweg der Betätigungseinrichtung als auch der Einrückweg der Anpressplatte konstant. Ganz besonders bei der Ausführungsform mit einer rückwärtigen Senke bei der zweiten Erhebung ist die Montage der Nachstelleinrichtung besonders einfach und die Positionierung der Nachstelleinrichtung sicher. Die Nachstelleinrichtung kann bei einer Krafteinleitung auf die Tellerfeder nicht ausweichend radial verrutschen. Damit ist eine materialschonende und präzise Nachstellung möglich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Reibkupplung aufweist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Reibkupplung kleiner Baugröße zu verwenden.
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Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Die hier vorgeschlagene Reibkupplung erlaubt einen kostengünstigen Aufbau und bedarf dabei nur geringen Bauraum. Zugleich ist eine Anpassung der Kupplungscharakteristik nur mit der Veränderung der Tellerfeder verbunden, wodurch eine flexible Gestaltung der Kupplungscharakteristik möglich ist.
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Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine Reibkupplung mit gezogener Tellerfeder,
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2: eine Reibkupplung mit gedrückter Tellerfeder,
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3: ein Detail einer gedrückten Tellerfeder,
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4: eine erste Ausführungsform der Erhebung,
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5: eine zweite Ausführungsform der Erhebung,
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6: eine dritte Ausführungsform der Erhebung,
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7: ein Kraftfahrzeug mit Reibkupplung.
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In 1 ist eine Reibkupplung 2 mit einer gezogenen Tellerfeder 1 gezeigt, welche am Außendurchmesser 3 durch eine erste Erhebung 9 begrenzt ist. Die Tellerfeder 1 liegt an einem festen Bauteil 10, welches hier ein mitrotierendes Kupplungsgehäuse 21 ist, in eingehakter Weise an. Der Hebelabschnitt 6 erstreckt sich hier vom Außendurchmesser 3 bis zum Innendurchmesser 4 und der Kraftabschnitt 5 erstreckt sich vom Innendurchmesser 4 bis zum Kraftdurchmesser 30, also der Auflage auf der Anpressplatte 8. Die Betätigungskraft 7 löst die Anpressung infolge der Vorspannung der Tellerfeder 1 auf die Anpressplatte 8.
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In 2 ist eine Reibkupplung 2 mit einer gedrückten Tellerfeder 1 gezeigt, welche durch eine Betätigungseinrichtung 22 mit einer Betätigungskraft 7 beaufschlagt wird. Die Tellerfeder 1 liegt mit ihrer zweiten Erhebung 12 auf einer Sensorfeder 13 auf und bildet in dieser Darstellung oberhalb der Auflage auf der Sensorfeder 13 einen Kraftabschnitt und unterhalb einen Hebelabschnitt 6. Hierbei liegt die Tellerfeder 1 an ihrem Außendurchmesser 13 auf einer Anpressplatte 8 der Reibkupplung 2 auf und der Hebelabschnitt 6 wird am Innendurchmesser 4 mittels der Betätigungseinrichtung 22 betätigt. Die Tellerfeder 1 kippt dabei über die zweite Erhebung 12, welche auf der Sensorfeder 13 mittelbar über das Verbindungselement 23 mit dem festen Bauteil 10, hier dem mitrotierenden Kupplungsgehäuse 21, axial gelagert ist.
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In 3 ist ein Ausschnitt einer Ausführungsform der Tellerfeder 1 wie in 2 gezeigt, bei dem die zweite Erhebung 12 der Tellerfeder 1 zugleich eine rückwärtige Senke 14 bildet, in die eine Nachstelleinrichtung 15 greift.
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In den 4 bis 6 sind schematisch verschiedene Ausführungsformen einer, hier zweiten, Erhebung 12 auf einer Tellerfeder 1 mit einem Außendurchmesser 3 und einem Innendurchmesser 4 gezeigt. Bei 4 befindet sich eine durchgehende kreisartig umlaufende Sicke 16 auf dem Erhebungskreis 23, in 5 befinden sich (eine Mehrzahl) von Bogensegmenten 17 auf dem Erhebungskreis 23 und in 6 befinden sich eine Mehrzahl von Pocken 18 auf dem Erhebungskreis 23.
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7 zeigt ein Kraftfahrzeug 25 mit einer Antriebseinheit 19, welche über ihre Abtriebswelle 26 mittels einer Reibkupplung 2 lösbar mit einem hier nur rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 20 verbindbar ist. Die Antriebseinheit 19 ist hierbei als Verbrennungskraftmaschine dargestellt und befindet sich mit ihrer Motorachse 29 quer zur Längsachse 28 und vor der Fahrerkabine 27 des Kraftfahrzeugs 25.
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Mit der hier vorgeschlagenen Erhebung in der Tellerfeder ist es möglich, auf einen Drahtring zu verzichten und damit die Montage einfacher zu gestalten und die Fertigung insgesamt kostengünstiger auszuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tellerfeder
- 2
- Reibkupplung
- 3
- Außendurchmesser
- 4
- Innendurchmesser
- 5
- Kraftabschnitt
- 6
- Hebelabschnitt
- 7
- Betätigungskraft
- 8
- Anpressplatte
- 9
- erste Erhebung
- 10
- festes Bauteil
- 11
- Vertiefung
- 12
- zweite Erhebung
- 13
- Sensorfeder
- 14
- Senke
- 15
- Nachstelleinrichtung
- 16
- kreisringartig umlaufende Sicke
- 17
- Bogensegement
- 18
- Pocke
- 19
- Antriebseinheit
- 20
- Antriebsstrang
- 21
- mitrotierendes Kupplungsgehäuse
- 22
- Betätigungseinrichtung
- 23
- Erhebungskreis
- 24
- Verbindungselement
- 25
- Kraftfahrzeug
- 26
- Abtriebswelle
- 27
- Fahrerkabine
- 28
- Längsachse
- 29
- Motorachse
- 30
- Kraftdurchmesser
