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Die Erfindung betrifft eine Anpressplatte, mit deren Hilfe eine Kupplungsscheibe in einer Reibungskupplung reibschlüssig verpresst werden kann.
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Eine Reibungskupplung zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes weist eine Gegenplatte zum Einleiten eines Drehmoments und eine Anpressplatte zum reibschlüssigen Verpressen einer Kupplungsscheibe zwischen der Gegenplatte und der Anpressplatte auf, um über die Kupplungsscheibe das Drehmoment an die Getriebeeingangswelle auszuleiten. Die Anpressplatte kann aus Gusseisen oder Stahl hergestellt sein.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis die Herstellkosten einer Reibungskupplung zu senken ohne deren Funktionsfähigkeit zu beeinträchtigen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine kostengünstige Reibungskupplung mit einer hohen Lebensdauer ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Anpressplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Anpressplatte zum Verpressen einer Kupplungsscheibe in einer Reibungskupplung vorgesehen mit einem aus Stahl hergestellten Plattenkörper, wobei der Plattenkörper eine Reibfläche zum reibschlüssigen Verpressen einer Kupplungsscheibe zwischen einer Gegenplatte und dem Plattenkörper aufweist, wobei der Plattenkörper an einer von der Reibfläche wegweisenden Rückseite von der Rückseite abstehende Konvektionselemente zur konvektiven Wärmeabfuhr von Reibungswärme aufweist.
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Durch die Konvektionselemente kann die Oberfläche des Plattenkörpers der Anpressplatte vergrößert werden, wodurch die Wärmeabfuhr durch Konvektion verbessert ist. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass eine Erwärmung der Anpressplatte im Wesentlichen nur durch Reibungswärme entsteht, wenn die zu verpressende Kupplungsscheibe im Schlupfbetrieb an der Reibfläche des Plattenkörpers entlang schleift. Im geschlossenen Zustand und geöffneten Zustand der Reibungskupplung erfolgt keine Erwärmung der Anpressplatte und auch beim Öffnen der Reibungskupplung ist eine Erwärmung der Anpressplatte durch Schlupf im Wesentlichen vernachlässigbar. Da somit nur in einem vergleichweise kleinem Zeitfenster eine Erwärmung der Anpressplatte auftritt und bis zu einer weiteren Erwärmung der Anpressplatte bei einem weiteren Schließvorgang eine signifikante Zeitspanne verstreicht, ist es prinzipiell möglich für den Plattenkörper der Anpressplatte eine hinreichend große Wärmespeicherkapazität vorzusehen und den Plattenkörper in der Zeitspanne bis zu einem weiteren Schließen der Reibungskupplung allmählich abkühlen zu lassen. Eine ausreichende Wärmespeicherkapazität kann hierzu durch eine entsprechend hohe Masse des Plattenkörpers erreicht werden. Durch die Konvektionselemente kann jedoch im Vergleich zu einem Plattenkörper mit ebenen Oberflächen die Wärmeabfuhrleistung deutlich erhöht werden, so dass eine geringere Wärmespeicherkapazität für den Plattenkörper vorgesehen werden kann. Dadurch kann die Masse des Plattenkörpers reduziert werden, wodurch das Gesamtgewicht einer Reibungskupplung mit einer derartigen Anpressplatte reduziert werden kann und durch den geringeren Materialeinsatz die Herstellungskosten gesenkt werden können. Insbesondere kann durch den geringeren Materialeinsatz für die Anpressplatte die Dicke der Anpressplatte reduziert werden. Dadurch ist es möglich eine dreidimensionale Ausformung der Anpressplatte durch ein spanloses Umformen des aus Stahl hergestellten Plattenkörpers zu erreichen ohne die Anpressplatte mit entsprechend komplizierten Formen aus Gusseisen herzustellen. Durch die Konvektionselemente kann im Vergleich zu einem Plattenkörper mit ebenen Oberflächen die Wärmeabfuhrleistung deutlich erhöht werden, wodurch die Anforderungen an die Wärmespeicherkapazität der Anpressplatte reduziert und der Materialeinsatz für den Plattenkörper verringert werden kann, so dass eine kostengünstige Reibungskupplung mit einer hohen Lebensdauer ermöglicht ist.
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Der für den Plattenkörper verwendete Stahl-Werkstoff, weist insbesondere einen Massenanteil an Eisen auf, der größer als der jedes anderen Elements ist, wobei der Kohlenstoffgehalt des Stahl-Werkstoffs insbesondere kleiner als 2 Gewichts-% ist. Der Stahl-Werkstoff kann insbesondere weitere Elemente aufweisen. Insbesondere ist die Reibfläche des Plattenkörpers zumindest zu einem Großteil eben ausgeführt, so dass eine entsprechend große Kontaktfläche zwischen der Anpressplatte und der der zu verpressenden Kupplungsscheibe erreicht werden kann. Die Rückseite der Anpressplatte ist insbesondere im Wesentlichen parallel zur Reibfläche angeordnet und weist im Wesentlichen in axialer Richtung. Die Konvektionselemente können prinzipiell an jeder von der Reibfläche verschiedenen Oberfläche des Plattenkörpers vorgesehen sein. Die Konvektionselemente sind insbesondere einstückig mit dem Plattenkörper ausgeführt, so dass Wärmeleitungswiderstände zwischen der Reibfläche und den Konvektionselementen minimiert werden können. Insbesondere sind benachbarte Konvektionselemente zueinander beabstandet, so dass die Konvektionselemente nicht ineinander übergehen. Dadurch kann zwischen den Konvektionselementen ein Wärmeabfuhrspalt ausgebildet werden, der eine konvektive Wärmeabfuhr durch natürliche Konvektion ermöglicht. Insbesondere kann die Anpressplatte im eingebauten Zustand mit einer Eingangsdrehzahl, mit der ein Drehmoment in einer diese Anpressplatte aufweisende Reibungskupplung eingeleitet wird, mitdrehen, so dass durch die Rotation der Anpressplatte die konvektive Wärmeabfuhr weiter verbessert werden kann. Die Konvektionselemente können vergleichbar zu Kühlrippen wirken, um die konvektive Wärmeabfuhr zu verbessern. Im Vergleich zu Kühlrippen können die Konvektionselemente allerdings vorzugsweise eine deutlich geringere Höhe aufweisen. Dadurch ist es insbesondere möglich die Konvektionselemente durch im Wesentlichen spanloses Umformen einer ebenen Stahlplatte mit ebenen Oberflächen kostengünstig herzustellen.
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Vorzugsweise ist ein ringförmiger oder kreisbogensegmentförmiger Krafteinleitungssteg zur Anlage an einem insbesondere als Hebelfeder ausgestalteten Betätigungselement zum Verlagern der Anpressplatte auf der Rückseite des Plattenkörpers vorgesehen. Die Konvektionselemente sind vorzugsweise in radialer Richtung innerhalb des Krafteinleitungsstegs angeordnet sind.
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Insbesondere weist der Plattenkörper einen einstückig mit dem Plattenkörper ausgeführten von der Reibfläche weg abstehenden Krafteinleitungssteg zur Anlage an einem insbesondere als Hebelfeder ausgestalteten Betätigungselement zum Verlagern der Anpressplatte auf, wobei der Krafteinleitungssteg durch spanloses Umbiegen herstellbar ist. Der Krafteinleitungssteg kann insbesondere von der Rückseite des Plattenkörpers abstehen und von der Reibfläche weg verlaufen. Der Krafteinleitungssteg kann in der Art eines Nockens eine Angriffsfläche für das Betätigungselement bereitstellen. Das Betätigungselement kann dadurch eine einfache Geometrie aufweisen, bei der insbesondere ein abstehender Steg, um den Plattenkörper erreichen zu können, eingespart ist. Das Betätigungselement kann in dem Kontaktbereich mit dem Krafteinleitungssteg eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweisen, die insbesondere zu einem Großteil in radialer Richtung verläuft. Das Betätigungselement kann insbesondere als Tellerfeder ausgestaltet sein. Der Krafteinleitungssteg kann insbesondere mit einem signifikanten Anteil in axialer Richtung abstehen. Dadurch kann der Krafteinleitungssteg selber als Kühlrippe wirken und die konvektive Wärmeabfuhr von dem Plattenkörper verbessern.
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Vorzugsweise weist der Krafteinleitungssteg abstehende Konvektionselemente zur konvektiven Wärmeabfuhr von Reibungswärme auf. Die Konvektionselemente sind vorzugsweise einstückig mit dem Krafteinleitungssteg ausgebildet. Die Oberfläche des Krafteinleitungsstegs kann durch die Konvektionselemente vergrößert werden, so dass die konvektive Wärmeabfuhr verbessert ist. Die Konvektionselemente können prinzipiell an jeder Oberfläche des Krafteinleitungsstegs vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Konvektionselemente an einer nach radial innen und/oder nach radial außen weisenden Oberfläche des Krafteinleitungsstegs vorgesehen. Besonders bevorzugt sind die Konvektionselemente nur an der in die Rückseite übergehenden Oberfläche des Krafteinleitungsstegs vorgesehen, so dass bei der Herstellung der Anpressplatte aus einer umzuformenden eben Stahlplatte nur eine Oberfläche der Stahlplatte mit Konvektionselementen versehen werden braucht.
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Besonders bevorzugt ist der Krafteinleitungssteg an einem ersten, insbesondere äußeren, radialen Ende des Plattenkörpers vorgesehen, wobei an einem zweiten, insbesondere inneren, radialen Ende des Plattenkörpers ein einstückig mit dem Plattenkörper ausgeführter von der Reibfläche weg abstehender Ansatz vorgesehen ist, wobei der Ansatz durch spanloses Umbiegen herstellbar ist. Der Ansatz kann insbesondere von der Rückseite des Plattenkörpers abstehen und von der Reibfläche weg verlaufen. Der Ansatz kann insbesondere mit einem signifikanten Anteil in axialer Richtung abstehen. Dadurch kann der Ansatz selber als Kühlrippe wirken und die konvektive Wärmeabfuhr von dem Plattenkörper verbessern. Der Ansatz kann beispielsweise durch Tiefziehen einer den Plattenkörper ausbildenden ebenen Stahlplatte ausgeformt sein.
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Insbesondere weist der Ansatz abstehende Konvektionselemente zur konvektiven Wärmeabfuhr von Reibungswärme auf. Die Oberfläche des Ansatzes kann durch die Konvektionselemente vergrößert werden, so dass die konvektive Wärmeabfuhr verbessert ist. Die Konvektionselemente können prinzipiell an jeder Oberfläche des Ansatzes vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Konvektionselemente an einer nach radial innen und/oder nach radial außen weisenden Oberfläche des Ansatzes vorgesehen. Besonders bevorzugt sind die Konvektionselemente nur an der in die Rückseite übergehenden Oberfläche des Ansatzes vorgesehen, so dass bei der Herstellung der Anpressplatte aus einer umzuformenden eben Stahlplatte nur eine Oberfläche der Stahlplatte mit Konvektionselementen versehen werden braucht.
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Vorzugsweise weist der Ansatz eine nach radial innen weisende ebene Zentrierfläche zur Zentrierung des Plattenkörpers auf. Die Zentrierfläche kann insbesondere in die Reibfläche übergehen. Mit Hilfe der eben ausgeführten Zentrierfläche kann der Plattenkörper insbesondere gelagert werden, wobei die Zentrierfläche beispielsweise Teil eines Radialgleitlagers sein kann. Die radiale Lage der Anpressplatte kann dadurch leicht vorgegeben werden.
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Besonders bevorzugt sind die Konvektionselemente durch Prägen in die Oberfläche des Plattenkörpers herstellbar. Die Erhöhung der Oberfläche des Plattenkörpers kann dadurch ohne Verschnitt spanlos und kostengünstig hergestellt werden.
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Insbesondere ist im Vergleich zu einer eben ausgeführten Grundfläche A0 ohne Konvektionselemente durch die in der Grundfläche A0 vorgesehenen Konvektionselemente eine Konvektionsfläche AK ausgebildet, wobei 1,00 < AK/A0 ≤ 2,00, insbesondere 1,05 ≤ AK/A0 ≤ 1,75, vorzugsweise 1,10 ≤ AK/A0 ≤ 1,50 und besonders bevorzugt 1,15 ≤ AK/A0 ≤ 1,30 gilt. Die Grundfläche kann durch die Rückseite des Plattenkörpers und/oder einer nach radial innen und/oder nach radial außen weisenden Oberfläche des Krafteinleitungsstegs und/oder des Ansatzes gebildet werden, sofern in diesen Oberflächen Konvektionselemente vorgesehen sind. Die Konvektionselemente sind dadurch derart bemessen, dass eine signifikante Verbesserung der konvektiven Wärmeabfuhr erreicht werden kann, während gleichzeitig die Konvektionselemente leicht durch spanloses Umformen einer ebenen Stahlplatte erzeugt werden können.
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Vorzugsweise sind die Konvektionselemente im Wesentlichen als Kugelsegment ausgestaltet. Die Konvektionselemente können dadurch leicht durch spanloses Umformen einer ebenen Stahlplatte erzeugt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Kühlrippen können die Kugelsegmente leichter den im regulären Betrieb auftretenden dynamischen Lasten widerstehen, so dass eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist.
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Vorzugsweise ist der Krafteinleitungssteg mit der Rückseite des Plattenkörpers stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Konvektionselemente mit der Rückseite des Plattenkörpers stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden.
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Weiterhin vorzugsweise weisen die Konvektionselemente Radialstrahlen und Umfangsstege, vorzugsweise spinnennetzartig, auf.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Reibungskupplung zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit einer Gegenplatte, einer Anpressplatte, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet ist, zum reibschlüssigen Verpressen einer Kupplungsscheibe zwischen der Gegenplatte und der Anpressplatte und einem an der Anpressplatte angreifbaren Betätigungselement zum axialen Verlagern der Anpressplatte. Durch die Konvektionselemente kann im Vergleich zu einem Plattenkörper mit ebenen Oberflächen die Wärmeabfuhrleistung deutlich erhöht werden, wodurch die Anforderungen an die Wärmespeicherkapazität der Anpressplatte reduziert und der Materialeinsatz für den Plattenkörper verringert werden kann, so dass eine kostengünstige Reibungskupplung mit einer hohen Lebensdauer ermöglicht ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Reibungskupplung mit einer Anpressplatte,
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2: eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils der Anpressplatte für die Reibungskupplung aus 1 zu verschiedenen Herstellungszeitpunkten,
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3: eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anpressplatte für die Reibungskupplung,
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4a: eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Anpressplatte für die Reibungskupplung, und
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4b: eine Schnittansicht des dritten Ausführungsbeispiels der Anpressplatte.
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Die in 1 teilweise dargestellte Reibungskupplung 10 weist einen um eine Drehachse 12 rotierbaren Kupplungsdeckel 14 auf, an dem ein Betätigungselement 16 um einen in Umfangsrichtung verlaufenden Schwenkpunkt schwenkbar gelagert ist. Das Betätigungselement 16 ist als eine in der Art einer Tellerfeder aufgebaute Hebelfeder ausgestaltet und kann an ihrem radial inneren Ende durch eine von einem insbesondere hydraulischen Betätigungssystem aufgebrachte in axialer Richtung verlaufenden Betätigungskraft verschwenkt werden. Das Betätigungselement 16 kann an einer aus Stahl hergestellten Anpressplatte 18 angreifen, um die Anpressplatte 18 in axialer Richtung zu verlagern.
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Die Anpressplatte 18 weist einen Plattenkörper 20 auf, der eine ebene Reibfläche 22 ausbildet. Die Reibfläche 22 kann an einer zu verpressenden Kupplungsscheibe anliegen. Der Plattenkörper 18 weist an seinem radial äußeren Ende einen im Wesentlichen in axialer Richtung abstehenden Krafteinleitungssteg 24 auf, an dem das Betätigungselement 16 angreifen kann, um die die Anpressplatte 18 zu verlagern. Ferner weist der Plattenkörper 20 an seinem radial inneren Ende einen im Wesentlichen in axialer Richtung abstehenden Ansatz 26 auf, über den der Plattenkörper 20 der Anpressplatte 18 beispielsweise über eine nach radial innen weisende Zentrierfläche 36 gelagert und/oder zentriert werden kann. Der Plattenkörper 20 weist eine von der Reibfläche 22 weg weisende Rückseite 28 auf, in der mehrere als Kugelsegmente ausgestaltete Konvektionselemente 30 vorgesehen sind. Zusätzlich weist die nach radial außen weisende Oberfläche des Ansatzes 26 und die nach radial innen weisende Oberfläche des Krafteinleitungssteg 24 Konvektionselemente 30 auf.
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Wie in 2 dargestellt kann die in 1 dargestellte Anpressplatte 18 leicht durch eine ebene Stahlplatte 32 hergestellt werden, die den Plattenkörper 20 der Anpressplatte 18 ausbilden soll. Hierzu kann eine Oberseite 34 der Stahlplatte 32 durch Prägen zur Ausbildung der Konvektionselemente 30 spanlos umgeformt werden, so dass sich der Plattenkörper 20 ergibt, der zur Ausbildung des Krafteinleitungsstegs 24 und des Ansatzes 26 weiter umgeformt werden kann.
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In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Anpressplatte 18 dargestellt, die in der in 1 dargestellten Reibungskupplung 10 zum Einsatz kommen kann. Die Anpressplatte 18 ist zweiteilig ausgebildet, wobei der Krafteinleitungssteg 24 ringförmig oder kreisbogensegmentförmig ausgebildet ist. Der Krafteinleitungssteg 24 ist als separates Bauteil ausgebildet, das stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Rückseite des Plattenkörpers 20 verbunden ist. Beispielsweise kann die Verbindung durch Schweißen oder Kleben erfolgen. Aber auch ein Vernieten oder Verstemmen ist möglich.
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Die Konvektionselemente 30 sind als separate Bauteile ausgebildet, die in radialer Richtung innerhalb des Krafteinleitungsstegs 24 angeordnet sind. Dabei sind die Konvektionselemente 30 auf Radialstrahlen angeordnet und mit der Rückseite 28 des Plattenkörpers stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/kraftschlüssig verbunden. Beispielsweise kann die Verbindung durch Schweißen oder Kleben erfolgen.
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In den 4a und 4b ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Anpressplatte 18 dargestellt, die in der in 1 dargestellten Reibungskupplung 10 zum Einsatz kommen kann. Die Anpressplatte 18 ist zweiteilig ausgebildet, wobei der ringförmige Krafteinleitungssteg 24 einteilig mit den Konvektionselementen 30 ausgebildet ist, wobei die Konvektionselemente 30 in radialer Richtung innerhalb des eigentlichen Krafteinleitungsstegs 24 angeordnet sind. Die Konvektionselemente 30 bestehen aus Radialstrahlen und Umfangsstege, die vorzugsweise nach Art eines Spinnennetzes innerhalb des eigentlichen Krafteinleitungsstegs 24 angeordnet sind.
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Die vorangegangenen Ausführungsbeispiele betreffen eine Anpressplatte zum Verpressen einer Kupplungsscheibe in einer Reibungskupplung 10, mit einem aus Stahl hergestellten Plattenkörper 20, wobei der Plattenkörper 20 eine Reibfläche 22 zum reibschlüssigen Verpressen einer Kupplungsscheibe zwischen einer Gegenplatte und dem Plattenkörper 20 aufweist, wobei der Plattenkörper 20 an einer von der Reibfläche 22 wegweisenden Rückseite 28 von der Rückseite 28 abstehende Konvektionselemente 30 zur konvektiven Wärmeabfuhr von Reibungswärme aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Reibungskupplung
- 12
- Drehachse
- 14
- Kupplungsdeckel
- 16
- Betätigungselement
- 18
- Anpressplatte
- 20
- Plattenkörper
- 22
- Reibfläche
- 24
- Krafteinleitungssteg
- 26
- Ansatz
- 28
- Rückseite
- 30
- Konvektionselement
- 32
- Stahlplatte
- 34
- Oberseite
- 36
- Zentrierfläche
