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Die Erfindung betrifft eine Kupplung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kupplung in dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Eine Kupplung für einen Antriebsstrang umfasst einen ersten und einen zweiten Reibpartner, die bezüglich einer gemeinsamen Drehachse drehbar gelagert sind und axial aneinandergepresst werden können, um eine Kraftübertragung zwischen ihnen zu ermöglichen. Das erste Reibelement kann eine Anzahl Lamellen und das zweite Reibelement eine Anzahl Reibbeläge umfassen, wobei die Lamellen und die Reibbeläge in Form eines axialen Stapels abwechselnd angeordnet sind. Die Lamellen umfassen eine Innenverzahnung, die mit einer Verzahnung einer Kupplungsnabe in Eingriff steht. Die Reibbeläge hingegen weisen eine Außenverzahnung auf, die in korrespondierende Aussparungen eines Kupplungskorbs eingreifen. Die Verzahnungen ermöglichen es den Reibpartnern, axial beweglich zu bleiben, während Kräfte in Umfangskraft übertragen werden. Durch Anpressen der Reibpartner aneinander kann ein Kraftfluss zwischen dem Kupplungskorb und der Kupplungsnabe selektiv hergestellt werden.
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Reiben die Reibelemente aneinander, entsteht Wärme, die von den Reibbelägen bzw. den Lamellen abgeleitet werden muss, um Wärmeschäden, wie beispielsweise einer axial verzogenen Lamelle, entgegenzuwirken. Die Kupplung kann in einem Ölbad laufen, wobei die Drehachse im Wesentlichen waagrecht verläuft, sodass die Reibpartner während des Drehens an ihrem Umfang in die Flüssigkeit eintauchen.
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Um die Kühlung weiter zu verbessern und Panschverluste durch die in das Ölbad eintauchenden Reibelemente zu verringern, ist es möglich, das Öl gezielt in den Bereich der Reibelemente zu spritzen. Dazu kann ein Ölkanal vorgesehen sein, der abschnittweise axial durch eine Hohlwelle und radial durch die Kupplungsnabe verläuft. Eine herkömmliche Kupplungsnabe aus Stahl kann durch die Einbringung des Ölkanals relativ komplex werden, sodass ihre Herstellung zeit- und kostenintensiv sein kann.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungsnabe bereitzustellen, in der mit verringertem Aufwand ein Flüssigkeitskanal vorgesehen sein kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Kupplung mit einer verbesserten Flüssigkeitskühlung. Ferner besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur vereinfachten Herstellung der Kupplungsnabe anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüchen geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine erfindungsgemäße, gesinterte Kupplungsnabe umfasst eine radiale Innenverzahnung zum Eingriff mit einer Wellenverzahnung, eine radiale Außenverzahnung zum Eingriff mit einem Reibelement und einen radialen Kanal zum Durchtritt einer Flüssigkeit in Richtung des Reibelements.
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Dadurch, dass die Kupplungsnabe als Sinterteil ausgeführt ist, kann es relativ einfach sein, den radialen Kanal zur Leitung von Flüssigkeit durch die Kupplungsnabe vorzusehen. Die Herstellung der Kupplungsnabe kann durch die Verwendung des Sinterteils vereinfacht und Herstellungskosten können verringert sein. Dabei kann die Festigkeit der gesinterten Kupplungsnabe mit der Festigkeit einer entsprechenden Kupplungsnabe aus Stahl vergleichbar sein.
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Es kann zusätzlich ein axialer Kanal in der Kupplungsnabe vorgesehen sein, der mit einem radial inneren Bereich des radialen Kanals in Verbindung steht. Dadurch kann eine Einleitung der Flüssigkeit in axialer Richtung, beispielsweise durch eine Hohlwelle, die mit der Kupplungsnabe in Eingriff steht, erleichtert sein.
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Eine erfindungsgemäße Kupplung umfasst die beschriebene Kupplungsnabe, ein erstes Reibelement, das radial innen eine Verzahnung zum Eingriff mit der Kupplungsnabe aufweist, einen Kupplungskorb und ein zweites Reibelement, das radial außen mit dem Kupplungskorb in Eingriff steht. Dabei weist das erste Reibelement ein Leitelement auf, um radial aus dem Kanal der Kupplungsnabe austretende Flüssigkeit zu verteilen.
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Dadurch kann eine Flüssigkeitskühlung der Kupplung einfach und effizient bereitgestellt werden. Die resultierende Kupplung kann sowohl axial als auch radial kompakt ausgeführt sein. Einer lokale Wärmeeinflusszone ("hot spot") kann erstärkt gekühlt werden. Die Flüssigkeitskühlung kann insbesondere an einer nass laufenden Kupplung mit überschaubarem Aufwand bereitgestellt sein. Die Flüssigkeit kann auch noch weitere Aufgaben erfüllen, beispielsweise ein hydraulisches Aneinanderpressen der beiden Reibelemente aneinander.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Reibelement eine Trägerscheibe radial innerhalb eines Reibbereichs, wobei das Leitelement aus der Trägerscheibe ausgestellt ist. Die Ausstellung kann auf einfache und kostengünstige Weise mittels eines Stanz- und Biegevorgangs bereitgestellt sein. Dadurch kann eine gute Verteilungswirkung erzielt werden, ohne dass die Festigkeit der Trägerscheibe stark verringert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in der Trägerscheibe eine Aussparung zum axialen Durchtritt von Flüssigkeit eingebracht. Dadurch kann das in radialer Richtung aus der Kupplungsnabe austretende Öl auf beide axiale Seiten der Trägerscheibe verteilt werden. Eine gleichmäßige Flüssigkeitskühlung der Kupplung, insbesondere im Bereich der Reibelemente, kann dadurch verbessert sein.
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Eine erfindungsgemäße Doppelkupplung umfasst zwei Kupplungen der genannten Art, wobei nur ein gemeinsamer Kupplungskorb zur Einleitung eines Drehmoments vorgesehen ist. Durch den kompakten Aufbau der beiden Kupplungen kann auch die Doppelkupplung einen verringerten Bauraum erfordern, sodass ihr Einsatz auch unter beengten Platzverhältnissen, beispielsweise in einem Kleinwagen, ermöglicht sein kann.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Kupplungsnabe umfasst Schritte des Einfüllens eines Pulvers in eine Form, an der radial innen eine erste Verzahnung und radial außen eine zweite Verzahnung ausgeformt ist, des Verpressens des Pulvers in der Form zu einem Grünling, der eine Innenverzahnung zum Eingriff mit einer Welle und eine Außenverzahnung zum Eingriff mit einem Reibelement aufweist, des Einbringens eines radialen Kanals in den Grünling und des Erwärmens des Grünlings, um ihn zu verdichten.
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Die Innenverzahnung und die Außenverzahnung, die bei einer vergleichbaren stählernen Kupplungsnabe aufwändig hergestellt werden müssten, beispielsweise mittels Fräsen oder Wälzstoßen, können am Sinterteil einfach durch einfaches Ausbilden der Verzahnung an radialen Oberflächen ausgebildet werden. Der radiale Kanal kann auf einfache Weise in den Grünling eingebracht werden, der nur begrenzte Festigkeit aufweisen und somit leicht zu bearbeiten sein kann.
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In einer Ausführungsform wird die Kupplungsnabe nach dem Erwärmen in eine weitere Form gepresst, um die Nabe bezüglich ihrer Maße zu kalibrieren. So kann eine Volumenabnahme des Rohmaterials während des beschriebenen Verfahrens, die unter Umständen nicht exakt vorhersehbar ist, ausgeglichen werden. Insbesondere die Verzahnungen können auf diese Weise auf ein vorbestimmtes Spiel eingestellt werden, sodass eine Standfestigkeit der Kupplungsnabe, und damit der Kupplung, erhöht sein kann.
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In einer Ausführungsform umfasst die Form in einem radial inneren Bereich ein Verdrängungselement zur Bildung eines axialen Kanals im Grünling, wobei der radiale Kanal so in den Grünling eingebracht wird, dass er mit dem axialen Kanal in Verbindung steht. Durch den Einsatz des Verdrängungselements kann der axial verlaufende Abschnitt des späteren Kanals praktisch ohne zusätzlichen Aufwand bereitgestellt werden.
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Bevorzugterweise erfolgt das Verpressen uniaxial, wobei die Pressrichtung zu einer Drehachse der Kupplungsnabe parallel verläuft. Diese Herstellungsweise kann insbesondere bezüglich der Ausbildung der inneren Verzahnung, der äußeren Verzahnung und des axialen Kanals vorteilhaft sein. Die Volumenabnahme des Rohmaterials während der Herstellung der Kupplungsnabe kann insbesondere ihre axialen Abmessungen betreffen, wobei erhöhte Toleranzgrenzen für axiale Toleranzen gelten können. Ferner können die axialen Abmessungen beispielsweise mittels eines Dreh- oder Fräsvorgangs relativ einfach an eine bestehende Maßvorgabe angeglichen werden.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, wobei:
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1 einen Halbschnitt durch eine Kupplung;
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2 eine Form zur Herstellung einer Kupplungsnabe für die Kupplung aus 1, und
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Kupplungsnabe der Kupplung von 1
darstellt.
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1 zeigt eine Kupplung 100 im Halbschnitt. Die Kupplung weist eine Drehachse 102 auf, wobei lediglich oberhalb der Drehachse 102 angeordnete Elemente dargestellt sind. Die dargestellte Kupplung 100 ist eine Doppelkupplung, die zwei separate Kupplungen 101 und 131 umfasst, die hier exemplarisch axial zueinander angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen kann die Erfindung jedoch auch an einer Doppelkupplung mit radialem Aufbau oder einer Einfachkupplung vorgesehen sein.
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Eine Antriebswelle 104 ist zur Verbindung mit einem Antriebsmotor eingerichtet. Der Antriebsmotor kann Teil eines Antriebsstrangs, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, sein. Die Antriebswelle 104 ist drehstabil mit einem Kupplungskorb 106 gekoppelt, der sich topfartig symmetrisch zur Drehachse 102 in axialer Richtung erstreckt. An seiner radial nach innen weisenden Oberfläche trägt der Kupplungskorb 106 radiale Vorsprünge oder Ausnehmungen, um einen formschlüssigen Eingriff eines Reibelements 108 zu ermöglichen. Ein Reibelement 108 trägt an seiner radialen Außenseite korrespondierende Aussparungen bzw. Vorsprünge, sodass es in axialer Richtung bezüglich des Kupplungskorbs 106 verschiebbar, aber drehstabil zu diesem angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Reibelement 108 einen Reibbelag 110, der in axialer Richtung am Reibelement 108 angebracht ist. In anderen Ausführungsformen kann der Reibbelag 110 auch entfallen.
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Dem Reibbelag 110 bzw. dem Reibelement 108 in axialer Richtung zugewandt ist ein weiteres Reibelement 112, welches sich radial nach innen erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform ist das weitere Reibelement 112 eine Lamelle, die insbesondere in Form einer Stahlscheibe ausgeführt sein kann. In einer anderen Ausführungsform kann das weitere Reibelement 112 auch einen Reibbelag 110 tragen, der dem Reibelement 108 bzw. dessen Reibbelag 110 zugewandt ist. Es können wie in der Darstellung von 1 jeweils mehrere Reibelemente 108 und 112 vorgesehen sein, die in axialer Richtung alternierend in einem Stapel angeordnet sind. Es können aber auch nur ein Reibelement 108 und ein Reibelement 112 verwendet werden.
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Das weitere Reibelement 112 trägt an seiner radialen Innenseite eine Verzahnung 114. Die Verzahnung 114 greift formschlüssig in eine Verzahnung 116 an der radialen Außenseite einer Kupplungsnabe 118 ein. Dadurch ist das Reibelement 112 drehmomentschlüssig mit der Kupplungsnabe 118 verbunden, kann sich bezüglich dieser jedoch axial bewegen. Die Kupplungsnabe 118 weist radial innen eine Verzahnung 120 auf, die mit einer radial äußeren Wellenverzahnung 122 einer ersten Abtriebswelle 124 in Eingriff steht.
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Um die Reibelemente 108 und 112 axial aneinander anzupressen und so einen Kraftschluss zwischen der Antriebswelle 104 und der ersten Abtriebswelle 124 zu ermöglichen, ist eine Anpresseinrichtung 126 vorgesehen, die exemplarisch hydraulisch ausgeführt ist und hier nicht näher beschrieben wird. Alternativ kann auch beispielsweise eine festmechanische Anpresseinrichtung 126 verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Anpresseinrichtung 126 eines oder mehrere elastische Elemente zum Anpressen der Reibelemente 108 und 112 in axialer Richtung aneinander umfassen, wobei ein Ausrückmechanismus zum Verringern der Anpresskraft bereitgestellt ist.
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In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist ein optionales Fliehkraftpendel 128 drehstabil mit dem Kupplungskorb 106 verbunden. Das Fliehkraftpendel 128 umfasst einen Pendelflansch 130 und eine oder mehrere Pendelmassen 132, die in der Drehebene verschiebbar am Pendelflansch 130 angebracht sind.
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Die beschriebene Kupplung 101 erstreckt sich in der in 1 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen links vom Pendelflansch 130, während sich die zweite Kupplung 131 rechts vom Pendelflansch 130 erstreckt. Die zweite Kupplung 131 ist im Wesentlichen wie die erste Kupplung 101 aufgebaut, verwendet jedoch eine anders geformte Kupplungsnabe 118, deren radial innere Verzahnung 120 in eine radial äußere Wellenverzahnung 122 einer zweiten Abtriebswelle 132 eingreift, die koaxial zur ersten Abtriebswelle 124 um die Drehachse 102 drehbar ist. In exemplarischer Weise ist dabei die erste Abtriebswelle 124 konzentrisch in der zweiten Abtriebswelle 132 aufgenommen.
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Die dargestellte Kupplung 100 läuft bevorzugterweise in einem Flüssigkeitsbad, wobei die Flüssigkeit insbesondere ein Öl umfassen kann. Die Flüssigkeit kann mittels eines Umwälzsystems bewegt und gezielt an vorbestimmte Punkte der Kupplung 100 geleitet werden, um für eine Kühlung und eine Schmierung zu sorgen. In 1 verläuft ein Flüssigkeitskanal 134 koaxial durch die erste Abtriebswelle 124. Ferner ist in der ersten Abtriebswelle 124 ein radialer Durchbruch 136 vorgesehen, der den Flüssigkeitskanal 134 mit der Verzahnung 132 verbindet. In diesem Bereich liegt auch ein radialer Kanal 138 durch die Kupplungsnabe 118, so dass ein Übertritt von Flüssigkeit zwischen dem Durchbruch 136 und dem Kanal 138 ermöglicht ist. Am radial äußeren Ende des Kanals 138 kann die Flüssigkeit in Richtung der Reibelemente 108 und 112 austreten.
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In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist am Reibelement 112 ein Leitelement 140 vorgesehen, welches im Strom der aus dem radialen Kanal 138 austretenden Flüssigkeit liegt. Das Leitelement 140 ist dazu eingerichtet, die Flüssigkeit im Bereich der Kupplung 101 zu verteilen, insbesondere über die Reibelemente 108 und 112. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist das Leitelement 140 integriert mit einer Aussparung 142 ausgeführt, die einen Durchtritt von Flüssigkeit in axialer Richtung erlaubt.
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Die in 1 rechts dargestellte zweite Kupplung 131 wird durch Flüssigkeit gekühlt, die durch einen Flüssigkeitskanal 142 fließt, der sich zwischen der radialen Außenseite der zweiten Abtriebswelle 132 und einer Begrenzungsfläche 144 in axialer Richtung erstreckt. Alternativ oder zusätzlich kann noch ein weiterer Flüssigkeitskanal 146 vorgesehen sein, der sich parallel zum Flüssigkeitskanal 142 erstreckt und mit diesem gegebenenfalls in hydraulischer Verbindung steht. Beide Flüssigkeitskanäle 142 und 146 enden im Bereich der radial inneren Verzahnung 120 der rechts dargestellten Kupplungsnabe 118. Um einen Eintritt der Flüssigkeit in den radialen Kanal 138 zu ermöglichen, ist ein axialer Kanal 148 in der Kupplungsnabe 118 vorgesehen, der mit dem radialen Kanal 138 in Verbindung steht. So kann Flüssigkeit aus einem der Flüssigkeitskanäle 142 und 146 durch den axialen Kanal 148 in den radialen Kanal 138 eintreten und an einer radialen Außenseite der Kupplungsnabe 118 in Richtung der Reibelemente 108 und 112 entlassen werden. Dabei kann die gleiche Verteilung erfolgen, wie oben bezüglich der links dargestellten, ersten Kupplung 101 bereits beschrieben wurde.
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Die Kupplungsnaben 118 beider in 1 dargestellter Kupplungen 101, 131 sind in bevorzugter Weise jeweils als Sinterteil hergestellt. Dadurch können die Kupplungsnaben 118 mit ihren Verzahnungen 116 und 120, ihren radialen Kanälen 138 und gegebenenfalls dem axialen Kanal 148 einfach und kostengünstig hergestellt werden.
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2 zeigt eine Kupplungsnabe 118 der zweiten Kupplung 131 aus 1 in einer schematischen axialen Ansicht. Die Kupplungsnabe 118 liegt in einer Form 205, die zur Herstellung der Kupplungsnabe 118 als Sinterteil verwendet wird. Dabei weist die Form 205 eine radiale Innenverzahnung 210 und eine radiale Außenverzahnung 215 auf. Soll die Kupplungsnabe 118 einen axialen Kanal 148 aufweisen, so kann an der korrespondierenden Stelle ein sich in axialer Richtung erstreckendes Verdrängungselement 210 vorgesehen sein. Ohne den axialen Kanal 148 ergibt sich eine Kupplungsnabe 118 entsprechend der ersten Kupplung 101 aus 1.
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Die Form 205 ist dazu eingerichtet, ein Pulver, insbesondere ein Metallpulver, aufzunehmen, welches dann in der Form 205 parallel zur Drehachse 102 zusammengepresst wird, um einen so genannten Grünling 225 der Kupplungsnabe 118 herzustellen. Durch die gewählte Pressrichtung können insbesondere die radial innere Verzahnung 120 und die radial äußere Verzahnung 116 der Kupplungsnabe 118 mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit an den Verzahnungen 210 bzw. 215 der Form 205 ausgebildet werden. Ein aufwändiges Nachbearbeiten der Kupplungsnabe 118, beispielsweise durch Fräsen oder Stoßen, kann entfallen. Der durch Pressen entstandene Grünling 225 kann später erwärmt werden, um ihn zu verdichten.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Herstellung einer Kupplungsnabe 118 der Kupplung 101 oder 131 aus 1. In einem ersten Schritt 305 wird Pulver in die Form 205 eingebracht. Das Pulver umfasst bevorzugterweise Partikel eines oder mehrerer reiner Metalle oder auch Legierungen in vorbestimmten Korngrößen, die üblicherweise unterhalb von 0,6 mm liegen. Gegebenenfalls kann auch ein Bindemittel zugegeben werden, um eine mechanische Verfestigung des Pulvers im folgenden Schritt zu verbessern.
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In einem Schritt 310 wird das Pulver in der Form 205 zusammengepresst, und zwar vorzugsweise in einer Pressrichtung parallel zur Drehachse 102. Dabei erfolgt eine Verdichtung des Pulvers, so dass aus dem verpressten Pulver ein so genannter Grünling 225 entsteht. In einem folgenden Schritt 315 wird der radiale Kanal 138 in den entstandenen Grünling 225 eingebracht. Hierzu kann der Grünling 225 aus der Form 205 entnommen werden. Bevorzugterweise erfolgt das Einbringen des radialen Kanals 138 durch Bohren oder Fräsen.
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In einem folgenden Schritt 320 wird der Grünling 225 unter Einfluss von Wärme gesintert, sodass zwischen den einzelnen Partikeln des Pulvers metallurgische Verbindungen entstehen. Dabei werden üblicherweise Temperaturen knapp unterhalb des Schmelzpunkts des Pulvers verwendet.
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Optional kann die entstandene Kupplungsnabe 118 in einem sich anschließenden Schritt 325 unter hohem Druck in eine weitere Form gepresst werden, um die Kupplungsnabe 118 bezüglich ihrer Maße zu kalibrieren. Diese Form kann mit der Form 205 identisch sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Kupplungsnabe 118 bezüglich ihrer Maße nachbearbeitet werden, insbesondere durch Schleifen, Drehen oder Polieren ihrer axialen Oberflächen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kupplung
- 101
- erste Kupplung
- 102
- Drehachse
- 104
- Antriebswelle
- 106
- Kupplungskorb
- 108
- Reibelement (mit Reibbelag; zweites Reibelement)
- 110
- Reibbelag
- 112
- Reibelement (als Lamelle; erstes Reibelement)
- 114
- Verzahnung (radial innen)
- 116
- Verzahnung (radial außen)
- 118
- Kupplungsnabe
- 120
- Verzahnung (radial innen)
- 122
- Verzahnung (radial außen, Wellenverzahnung)
- 124
- erste Abtriebswelle
- 126
- Anpresseinrichtung
- 128
- Fliehkraftpendel
- 130
- Pendelflansch
- 131
- zweite Kupplung
- 132
- zweite Abtriebswelle
- 134
- Flüssigkeitskanal
- 136
- Durchbruch
- 138
- radialer Kanal
- 140
- Leitelement
- 142
- Flüssigkeitskanal
- 144
- Begrenzungsfläche
- 146
- Flüssigkeitskanal
- 148
- axialer Kanal
- 205
- Form
- 210
- Verdrängungselement
- 215
- Außenverzahnung
- 220
- Innenverzahnung
- 225
- Grünling
- 300
- Verfahren
- 305
- Einfüllen Pulver in Form
- 310
- Verpressen Pulver zu Grünling
- 315
- Einbringen radialer Kanal
- 320
- Sintern
- 325
- evtl. erneut pressen
