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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer integrierten Drehmomentmessung für ein Fahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme bekannt, die durch Bestimmung eines Weges oder der Messung von Verdrehungen einer Getriebeeingangswelle einen Rückschluss auf ein auftretendes Motordrehmoment erlauben. Die bekannten Systeme weisen einen komplexen Aufbau auf, der viel Bauraum beansprucht. Ferner sind die Systeme mit hohen Herstellungs- und Wartungskosten verbunden.
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Es besteht somit die technische Aufgabe eine Messung eines auftretenden Motordrehmoments eines Fahrzeuges zu ermöglichen und dabei die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch eine Vorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Vorrichtung als eine Kupplungsvorrichtung, eine Torsionsdämpfervorrichtung oder eine Kombination aus Kupplungsvorrichtung und Torsionsdämpfervorrichtung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein berührungslos arbeitender Drehmomentsensor in der Vorrichtung vorgesehen ist, um ein getriebeseitiges Drehmoment zu bestimmen.
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Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß insbesondere gelöst durch einen Antriebsstrang aufweisend die Vorrichtung.
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Durch Integration eines berührungslosen Drehmomentsensors in die Vorrichtung kann ein getriebeseitiges Drehmoment direkt sehr genau gemessen. Durch diese Funktion können effizientere Betriebspunkte des Motors genutzt werden. Ferner lässt sich der Drehmomentsensor als kompakte Einheit auf einfache Weise in die Vorrichtung integrieren. Dabei ist das Drehmoment unmittelbar mit der Motordrehzahl auch in Motorleistung umrechenbar.
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Weiterhin kann über die vorherrschende Messung, aktiv Einfluss auf die Schaltstrategie des nachfolgenden Schaltgetriebes genommen werden. Ferner können Informationen über die eingehende Leistung in den Antriebsstrang gegeben und bietet Schutz vor Überbelastung an. Auch kann mit dem Drehmomentsensor illegales Chiptuning sofort ermittelt, mitgeschrieben und im Gewährleistungsfalle ausgewertet werden. Bevorzugt ist neben dem Drehmoment mit der Drehzahl die Leistung des Antriebes ermittelbar und kann angezeigt werden.
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Bevorzugt ist der Antriebsstrang in Kraftfahrzeugen, Baumaschinen und vorrangig Traktoren und Landmaschinen, aber auch in stationären Anordnungen mit Verbrennungsmotoren einsetzbar oder verwendbar.
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Bevorzugt weist die Kupplungsvorrichtung eine als Schwungscheibe ausgebildete Gegendruckplatte, eine Druckplattenbaugruppe und eine Kupplungsscheibe auf. Bevorzugt überträgt bei geschlossener Kupplungsvorrichtung die Druckplattenbaugruppe ein Motormoment über die Kupplungsscheibe auf die Getriebeeingangswelle. Fest mit der Schwungscheibe verschraubt, besteht die Druckplattenbaugruppe im Wesentlichen aus einem Metallgehäuse, einer Anpressplatte und einer Tellerfeder mit integrierten Betätigungshebeln. Vorzugsweise presst diese Feder die axial verschiebbare Anpressplatte im eingekuppelten Zustand gegen die Kupplungsscheibe und der Schwungscheibe. Ihre Kraftcharakteristik bestimmt die zum Öffnen der Kupplung notwendigen Betätigungskräfte. Vibrationen, Druck und Reibungshitze – die Kupplung ist eines der am stärksten beanspruchten Elemente im Antriebsstrang eines Fahrzeugs. Die Feder muss noch zuverlässig arbeiten, selbst wenn sich bei jedem Fahrzeug durch den systembedingten Verschleiß des Kupplungsbelages Kraft-/Wegverhältnisse ändern.
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Vorzugsweise weist die Torsionsdämpfervorrichtung einen Torsionsdämpfer auf. Bevorzugt besteht der Torsionsdämpfer aus einem Federsatz, der durch die in Fenstern geführten Schraubenfedern eine begrenzte Verdrehung zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle zulässt, sowie einer Reibeinrichtung. Durch die Auswahl der entsprechenden Torsionsdämpfergröße sowie des Federsatzes kann die Kennlinie gut an die individuellen Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Somit kann die Schwingungsentkopplung optimal auf das Fahrzeug abgestimmt und zündungsbedingte Drehungleichförmigkeiten reduziert werden. Die Integration des Torsionsdämpfers an die jeweiligen Bauräume erfolgt durch eine einfache Anpassung des äußeren Anschraubbereichs sowie die Auswahl der entsprechenden Profilverzahnung passend zur Antriebswelle.
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Bevorzugt ist eine Kombination von Kupplungsvorrichtung und Torsionsdämpfervorrichtung als eine Kupplungsvorrichtung mit einem Torsionsdämpfer ausgebildet.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Nabe auf und der Drehmomentsensor ist einem zylindrisch ausgebildeten und kraftübertragenden Teil der Nabe zugeordnet.
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Auf diese Weise wird eine Möglichkeit geschaffen, den Drehmomentsensor an einer Stelle oder Position in der Vorrichtung vorzusehen oder anzuordnen, um ein getriebeseitiges Drehmoment zu bestimmen.
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Bevorzugt wird unter „zugeordnet ist“ „angordnet ist“, „in Kontakt gebracht ist“, oder „in Verbindung steht“ verstanden.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine getriebeseitige Welle auf und der Drehmomentsensor ist der getriebeseitigen Welle zugeordnet.
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Auf diese Weise wird eine alternative Möglichkeit geschaffen, den Drehmomentsensor an einer anderen Stelle oder Position in der Vorrichtung vorzusehen oder anzuordnen, um ein getriebeseitiges Drehmoment zu bestimmen. Bevorzugt ist die getriebeseitige Welle ein Teil der Vorrichtung.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Kupplungsvorrichtung eine Kupplungsscheibe auf und der Drehmomentsensor ist der Kupplungsscheibe zugeordnet.
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Auf diese Weise wird eine weitere alternative Möglichkeit geschaffen, den Drehmomentsensor an einer anderen Stelle oder Position in der Kupplungsvorrichtung vorzusehen oder anzuordnen, um ein getriebeseitiges Drehmoment zu bestimmen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Kupplungsvorrichtung eine Nabe auf und der Drehmomentsensor ist einem scheibenförmig ausgebildeten Teil eines Flansches der Nabe zugeordnet.
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Auf diese Weise wird eine weitere alternative Möglichkeit geschaffen, den Drehmomentsensor an einer anderen Stelle oder Position in der Kupplungsvorrichtung vorzusehen oder anzuordnen, um ein getriebeseitiges Drehmoment zu bestimmen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Torsionsdämpfervorrichtung eine motorseitige Dämpferscheibe auf und der Drehmomentsensor ist der motorseitigen Dämpferscheibe zugeordnet.
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Auf diese Weise wird eine weitere alternative Möglichkeit geschaffen, den Drehmomentsensor an einer anderen Stelle oder Position in der Torsionsdämpfervorrichtung vorzusehen oder anzuordnen, um ein getriebeseitiges Drehmoment zu bestimmen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Torsionsdämpfervorrichtung eine getriebeseitige Dämpferscheibe auf und der Drehmomentsensor ist der getriebeseitigen Dämpferscheibe zugeordnet.
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Auf diese Weise wird eine weitere alternative Möglichkeit geschaffen, den Drehmomentsensor an einer anderen Stelle oder Position in der Torsionsdämpfervorrichtung vorzusehen oder anzuordnen, um ein getriebeseitiges Drehmoment zu bestimmen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform basiert der Drehmomentsensor auf dem Prinzip der Magnetostriktion.
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Damit ist ein getriebeseitiges Drehmoment auf einfache Weise bestimmbar.
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Unter Magnetostriktion ist die Deformation magnetischer, vorzugsweise ferromagnetischer Stoffe, infolge eines angelegten magnetischen Feldes zu verstehen. Dabei erfährt ein Körper bei konstantem Volumen eine elastische Längenänderung (= Joule-Magnetostriktion). Bevorzugt ist eine Invar-Legierung vorgesehen. Damit ist eine Möglichkeit der Volumen-Magnetostriktion gegeben, bei der das Volumen veränderlich ist, wobei die Volumen-Magnetostriktion vorzugsweise wesentlich kleiner ist als die Joule-Magnetostriktion.
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Legt man an ein magnetisches, vorzugsweise ferromagnetisches Material, ein äußeres magnetisches Feld an, so richten sich die Weiss’schen Bezirke gleich aus. Durch das Drehen der Dipole ändert sich die Länge eines Stabes im Bereich von ca. 10 bis 30 µm/m und bei hochmagnetostriktiven Werkstoffen bis 2 mm/m. Durch ein magnetisches Wechselfeld ist jeder ferromagnetische Stoff, beispielsweise ein Eisenkern, zu mechanischen Schwingungen anregbar.
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Vorzugsweise weisen die dem Drehmomentsensor zugeordneten Komponenten magnetische, insbesondere ferromagnetische Bereiche auf, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Bevorzugt sind die Nabe, die scheibenförmige Elemente und/oder die Getriebeeingangswelle aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material. Besonders bevorzugt lässt sich mittels des Drehmomentsensors aus dem Magnetfeld ein getriebeseitiges Drehmoment bestimmen.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Magnetostriktion invers. Besonders bevorzugt ist der Drehmomentsensor ein magnetoelastischer Sensor, welcher die inverse Magnetostriktion, d.h. die Änderung der Magnetisierung durch mechanische Spannungen, beispielsweise für die Messung von Zug- und Druckkraft und/oder Torsion nutzt.
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Die Erfindung wird nun beispielhaft durch Figuren veranschaulicht. Es zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung,
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2 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfervorrichtung,
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3 einen weiteren schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung,
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4 einen weiteren schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfervorrichtung,
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5 einen alternativen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung,
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6 einen alternativen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfervorrichtung,
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7 einen weiteren alternativen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung und
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8 einen weiteren alternativen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfervorrichtung.
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1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung.
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Die Vorrichtung 1 ist als eine Kupplungsvorrichtung 2 ausgebildet. Die Kupplungsvorrichtung 2 weist eine Druckplattenbaugruppe 3 und eine Gegendruckplatte auf, die als Schwungscheibe 4 ausgebildet ist. Ein Kupplungsdeckel 3 der Druckplattenbaugruppe 2 ist mit der Schwungscheibe 4 verbunden. Die Schwungscheibe 4 und die Druckplattenbaugruppe 3 sind in einer radialen Richtung R angeordnet.
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Die Druckplattenbaugruppe 3 weist neben dem Kupplungsdeckel 15, eine zumindest teilweise innerhalb des Kupplungsdeckels 15 angeordnete, in axialer Richtung A der Druckplattenbaugruppe 3 begrenzt verlagerbare Anpressplatte 17 auf. Die Anpressplatte 17 dient zur reibschlüssigen Klemmung einer Kupplungsscheibe 5 zwischen der Anpressplatte 17 und der Schwungscheibe 4.
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Ferner weist die Druckplattenbaugruppe 3 zumindest ein Hebelelement 16 auf. Das Hebelelement 16 ist mittels einer Schwenklagerung verkippbar am Kupplungsdeckel 15 gelagert. Vorzugsweise ist das Hebelelement 16 ist als eine Tellerfeder ausgebildet.
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Bei geschlossener Kupplungsvorrichtung 2 überträgt die Druckplattenbaugruppe 3 ein Motormoment von der Kurbelwelle 14 über die Kupplungsscheibe 5 auf die Getriebeeingangswelle 13. Das Hebelelement 16 presst die axial verschiebbare Anpressplatte 17 im eingekuppelten Zustand gegen die Kupplungsscheibe 5 und das Schwungscheibe 4.
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Die Kupplungsvorrichtung 2 weist ferner eine Nabe 8 aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material und einen berührungslos arbeitenden Drehmomentsensors 20 auf. Der Drehmomentsensor 20 ist einem zylindrisch ausgebildeten und kraftübertragenden Teil 9 der Nabe 8 zugeordnet. Der Drehmomentsensor 20 funktioniert nach dem Prinzip der Magnetostriktion.
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Durch das Vorsehen des berührungslos arbeitenden Drehmomentsensors 20 lässt sich ein Drehmoment der Getriebeeingangswelle 13 auf einfache Weise bestimmen.
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2 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfervorrichtung.
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Die Vorrichtung 1 ist als eine Torsionsdämpfervorrichtung 6 ausgebildet. Die Torsionsdämpfervorrichtung 6 weist eine Druckplattenbaugruppe 3 einen Torsionsdämpfer 7 und eine Gegendruckplatte auf, die als Schwungscheibe 4 ausgebildet ist. Ein Kupplungsdeckel 3 der Druckplattenbaugruppe 2 ist mit der Schwungscheibe 4 verbunden. Die Schwungscheibe 4 und die Druckplattenbaugruppe 3 mit der Schwungscheibe 4 sind in einer radialen Richtung R angeordnet.
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Der Torsionsdämpfer 7 besteht aus einem Federsatz 18, der durch die in Fenstern geführten Schraubenfedern eine begrenzte Verdrehung zwischen Kurbelwelle 14 und Getriebeeingangswelle 13 zulässt, sowie einer Reibeinrichtung 19. Durch die Auswahl der entsprechenden Größe des Torsionsdämpfers 7 sowie des Federsatzes 18 kann die Kennlinie gut an die individuellen Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Somit kann die Schwingungsentkopplung optimal auf dein Fahrzeug abgestimmt und zündungsbedingte Drehungleichförmigkeiten reduziert werden. Die Integration des Torsionsdämpfers 7 an die jeweiligen Bauräume erfolgt durch eine einfache Anpassung des äußeren Anschraubbereichs sowie die Auswahl der entsprechenden Profilverzahnung passend zur Antriebswelle.
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Ferner weist die Torsionsdämpfervorrichtung 6 eine Nabe 8 aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material und einen berührungslos arbeitenden Drehmomentsensors 20 auf. Der Drehmomentsensor 20 ist einem zylindrisch ausgebildeten und kraftübertragenden Teil 9 der Nabe 8 zugeordnet. Der Drehmomentsensor 20 funktioniert nach dem Prinzip der Magnetostriktion.
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Durch das Vorsehen des berührungslos arbeitenden Drehmomentsensors 20 lässt sich ein Drehmoment der Getriebeeingangswelle 13 auf einfache Weise bestimmen.
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In den 3 bis 8 werden weitere alternative Möglichkeiten aufgezeigt, den Drehmomentsensor an unterschiedlichen Stellen oder Positionen in der Kupplungsvorrichtung oder der Torsionsdämpfervorrichtung vorzusehen oder anzuordnen. Dabei wird das getriebeseitige Drehmoment mit dem unter 1 und 2 gezeigten Drehmomentmesser direkt bestimmt.
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3 zeigt einen weiteren schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung.
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Der Aufbau der Kupplungsvorrichtung 2 aus 3 entspricht dem der 1, wobei der Drehmomentsensor 20 anders in der Kupplungsvorrichtung 2 angeordnet ist. Die Kupplungsvorrichtung 2 weist die Kupplungsscheibe 5 auf. Die Kupplungsscheibe 5 ist aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material. Der Drehmomentsensor 20 ist der Kupplungsscheibe 5 zugeordnet, um das Drehmoment der Getriebeeingangswelle 13 zu bestimmen.
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4 zeigt einen weiteren schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfervorrichtung.
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Der Aufbau der Torsionsdämpfervorrichtung 6 aus 4 entspricht dem der 2, wobei der Drehmomentsensor 20 anders in der Torsionsdämpfervorrichtung 6 angeordnet ist. Die Torsionsdämpfervorrichtung 6 weist eine motorseitige Dämpferscheibe 11 auf. Die motorseitige Dämpferscheibe 11 ist aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material. Der Drehmomentsensor 20 ist der motorseitigen Dämpferscheibe 11 zugeordnet, um das Drehmoment der Getriebeeingangswelle 13 zu bestimmen.
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5 zeigt einen alternativen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung.
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Der Aufbau der Kupplungsvorrichtung 2 aus 5 entspricht dem der 1, wobei der Drehmomentsensor 20 anders in der Kupplungsvorrichtung 2 angeordnet ist. Die Kupplungsvorrichtung 2 weist die Nabe 8 auf. Die Nabe 8 ist aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material. Der Drehmomentsensor 20 ist einem scheibenförmig ausgebildeten Teil eines Flansches 10 der Nabe 8 zugeordnet, um das Drehmoment der Getriebeeingangswelle 13 zu bestimmen.
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6 zeigt einen alternativen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfervorrichtung.
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Der Aufbau der Torsionsdämpfervorrichtung 6 aus 6 entspricht dem der 2, wobei der Drehmomentsensor 20 anders in der Torsionsdämpfervorrichtung 6 angeordnet ist. Die Torsionsdämpfervorrichtung 6 weist eine getriebeseitige Dämpferscheibe 12 auf. Die getriebeseitige Dämpferscheibe 12 ist aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material. Der Drehmomentsensor 20 ist der getriebeseitigen Dämpferscheibe 11 zugeordnet, um das Drehmoment der Getriebeeingangswelle 13 zu bestimmen.
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7 zeigt einen weiteren alternativen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung.
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Der Aufbau der Kupplungsvorrichtung 2 aus 7 entspricht dem der 1, wobei der Drehmomentsensor 20 wieder anders in der Kupplungsvorrichtung 2 angeordnet ist. Die Kupplungsvorrichtung 2 weist die Getriebeeingangswelle 13 auf. Die Getriebeeingangswelle 13 ist aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material. Der Drehmomentsensor 20 ist der Getriebeeingangswelle 13 zugeordnet, um das Drehmoment der Getriebeeingangswelle 13 zu bestimmen.
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8 zeigt einen weiteren alternativen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Torsionsdämpfervorrichtung.
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Der Aufbau der Torsionsdämpfervorrichtung 6 aus 8 entspricht dem der 2, wobei der Drehmomentsensor 20 wieder anders in der Torsionsdämpfervorrichtung 6 angeordnet ist. Die Torsionsdämpfervorrichtung 6 weist die Getriebeeingangswelle 13 auf. Die Getriebeeingangswelle 13 ist aus magnetischem, vorzugsweise ferromagnetischem Material. Der Drehmomentsensor 20 ist der Getriebeeingangswelle 13 zugeordnet, um das Drehmoment der Getriebeeingangswelle 13 zu bestimmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Kupplungsvorrichtung
- 3
- Druckplattenbaugruppe
- 4
- Schwungscheibe
- 5
- Kupplungsscheibe
- 6
- Torsionsdämpfervorrichtung
- 7
- Torsionsdämpfer
- 8
- Nabe
- 9
- Teil der Nabe
- 10
- Flansch der Nabe
- 11
- motorseitige Dämpferscheibe
- 12
- getriebeseitige Dämpferscheibe
- 13
- Getriebeeingangswelle
- 14
- Kurbelwelle des Motors
- 15
- Kupplungsdeckel
- 16
- Hebelelement
- 17
- Anpressplatte
- 18
- Feder
- 19
- Reibeinrichtung
- 20
- Drehmomentsensor
- A
- axiale Richtung
- R
- radiale Richtung
