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Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Kupplungen, wie insbesondere Reibungskupplungen, sind für den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen vielfältig bekannt. Solche Kupplungen werden üblicherweise zwischen einer Antriebsmaschine und einem nachgeordneten Getriebe eingesetzt, um das anstehende Drehmoment der Antriebsmaschine gezielt zur Eingangswelle des Getriebes weiterleiten zu können. Insbesondere werden solche Kupplungen zwischen Verbrennungsmotoren und Getrieben eingesetzt. Solche Kupplungen werden üblicherweise für den Stand des Kraftfahrzeugs ausgerückt, so dass sie kein Drehmoment übertragen. Beim Fahrzustand wird die Kupplung üblicherweise vollständig eingerückt, um das maximale Drehmoment übertragen zu können. Durch die Modulation der Anpressung der Kupplung kann dabei allerdings auch das von der Kupplung übertragbare Drehmoment variiert werden, was jedoch eine ständige Adaption und eine umfangreiche Überwachung und Steuerung der Kupplung notwendig macht, was aufwändig und auch teuer ist. Durch diese Modulation ist dabei möglich, um bei einem Anlassen bzw. Motorstart nur ein begrenztes Drehmoment an den Motor zu übertragen, was allerdings den oben beschriebenen Aufwand nötig macht.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung zu schaffen, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und den Regelungs- bzw. Adaptionsaufwand reduziert.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Kupplung mit einer Anpressplatte und einer Druckplatte, wobei die Druckplatte gegen die Anpressplatte beaufschlagbar ist, mit einer Kupplungsscheibe, welche zwischen der Anpressplatte und der Druckplatte angeordnet ist und zwischen Anpressplatte und Druckplatte eine reibschlüssige Verbindung erzeugbar ist, zum Übertragen eines definierten Drehmoments zwischen der Anpressplatte und der Druckplatte einerseits und der Kupplungsscheibe andererseits, wobei das übertragbare Drehmoment in zumindest zwei Stufen einstellbar ist. Dadurch kann das übertragbare Drehmoment in benötigten Abstufungen durch mechanische Kopplungen vorgegeben werden.
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Auch ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kupplungsscheibe Reibelemente aufweist, die radial verlagerbar sind, zwischen zumindest einer ersten radial inneren Position und einer zweiten radial äußeren Position. Dadurch kann jeder radialen Position ein definiertes übertragbares Drehmoment zugeordnet werden. Die Einstellung der jeweiligen radialen Position kann durch die Fliehkraft entgegen einer jeweiligen abgestuften Rückstellkraft erfolgen.
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So ist es vorteilhaft, wenn
ein geringeres übertragbares Drehmoment in der radial inneren Position übertragbar ist und ein größeres übertragbares Drehmoment in der radial äußeren Position übertragbar ist. Sind mehr als zwei radial definierte Positionen vorhanden, kann das übertragbare Drehmoment weiterhin feiner abgestuft werden.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Reibelemente unter Fliehkrafteinfluss entgegen der Rückstellkraft zumindest eines Kraftspeichers radial verlagerbar sind. Dadurch kann je nach Drehzahl die jeweilige radiale Position mechanisch gesteuert werden. Dadurch wird der elektronische Steuerungsaufwand reduziert.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Kupplungsscheibe zumindest zwei Reibelemente aufweist, welche radial versetzt zueinander angeordnet sind und die Anpressplatte und die Druckplatte zumindest zwei unterschiedliche Segmente aufweisen, welche radial versetzt angeordnet und individuell beaufschlagbar sind, um einen Reibschluss mit einem der Reibelemente gesteuert zu bewirken.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn bei nicht vorliegender Beaufschlagung der Anpressplatte und der Druckplatte im Wesentlichen kein Drehmoment übertragbar ist. Die Kupplung ist damit ausgerückt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei vorliegender Beaufschlagung radial innerer Reibelemente mittels radial innerer Segmente der Anpressplatte und der Druckplatte ein erstes geringeres Drehmoment übertragbar ist. So kann eine erste Stufe des übertragbaren Drehmoments einstellbar sein.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn bei vorliegender Beaufschlagung radial äußerer Reibelemente mittels radial äußerer Segmente der Anpressplatte und der Druckplatte ein zweites größeres Drehmoment übertragbar ist. Dadurch kann zumindest eine zweite Stufe eines übertragbaren Drehmoments einstellbar sein.
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Gemäß dem Erfindungsgedanken ist es vorteilhaft, wenn bei vorliegender Beaufschlagung radial innerer und radial äußerer Reibelemente mittels radial innerer und radial äußerer Segmente der Anpressplatte und der Druckplatte ein zweites größeres Drehmoment übertragbar ist. Auch dadurch kann zumindest eine zweite Stufe eines übertragbaren Drehmoments einstellbar sein.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Beaufschlagung der Anpressplatte und der Druckplatte bzw. der Segmente der Anpressplatte und der Druckplatte von zumindest einem Aktuator, insbesondere sequentiell, oder von jeweils einem Aktuator erfolgt. So kann zumindest ein Aktuator oder eine Mehrzahl von Aktuatoren eingesetzt werden, um die Druckplatte oder die Segmente der Druckplatte bzw. der Druckplatten zu betätigen.
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Ein solcher Aktuator kann ein hydraulischer, pneumatischer, magnetischer, mechanischer Aktuator sein, der jeweils einstufig, zweistufig oder mehrstufig betätigbar bzw. ansteuerbar ist. Der mechanische Aktuator kann dabei federbelastet und/oder fliehkraftbelastet ausgebildet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein Drehmoment-Weg-Diagramm zur Erläuterung der Erfindung,
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2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Kupplung mit radial verlagerbaren Reibelementen in einer ausgerückten Betriebsposition,
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3 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Kupplung in einer teilweise eingerückten Betriebsposition,
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4 eine schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels einer Kupplung in einer eingerückten Betriebsposition,
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5 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Kupplung mit radial versetzten Reibelementen in einer ausgerückten Betriebsposition,
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6 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels einer Kupplung in einer teilweise eingerückten Betriebsposition,
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7 eine schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels einer Kupplung in einer eingerückten Betriebsposition,
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8 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer Kupplung mit radial versetzten Reibelementen in einer ausgerückten Betriebsposition,
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9 eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels einer Kupplung in einer teilweise eingerückten Betriebsposition, und
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10 eine schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels einer Kupplung in einer eingerückten Betriebsposition.
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Die 1 zeigt ein Drehmoment-Weg-Diagramm zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Kupplung. Dabei ist das von der Kupplung übertragbare Drehmoment M als Funktion des Betätigungswegs l dargestellt. Man erkennt, dass bei kleinen Betätigungswegen das übertragbare Drehmoment gleich Null ist oder die Kupplung weiter ausgerückt ist.
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Bei einem Betätigungsweg von l1 steigt das übertragbare Drehmoment auf den Wert M1 und bleibt bis zum Betätigungsweg l2 auf diesem Niveau. Bei dem Betätigungsweg l2 steigt das übertragbare Drehmoment auf den Wert M2 an.
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Bei einem Reibbelag, welcher um eine Achse verdrehbar ist und mit der Kraft F beaufschlagt wird und einen Radius bzw. einen mittleren Radius l aufweist, ist das Drehmoment M = F·μ·l, wobei μ der Reibwert der Reibpaarung ist.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Kupplung 1 mit einer Anpressplatte 2 und mit einer Druckplatte 3. Dabei ist die Druckplatte 3 gegen die Anpressplatte 2 beispielsweise von einem Aktuator 4 beaufschlagbar. Hierzu kann eine Anpresskraft F beispielsweise mittels des Aktuators 4 aufgebracht werden, um die Beaufschlagung der Reibelemente 5 einer Kupplungsscheibe zwischen der Anpressplatte 2 und der Druckplatte 3 zu bewirken.
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Die Kupplungsscheibe 6 ist dabei zwischen der Anpressplatte 2 und der Druckplatte 3 angeordnet und beispielsweise radial innen mit einer Getriebeeingangswelle verbunden. Die Anordnung ist dabei um die Drehachse x-x verdrehbar dargestellt. Die Kupplungsscheibe 6 trägt dabei die Reibelemente 5, welche radial verlagerbar sind. Die Kupplungsscheibe 6 ist also axial zwischen der Anpressplatte 2 und der Druckplatte 3 angeordnet und kann zwischen der Anpressplatte 2 und der Druckplatte 3 eine reibschlüssige Verbindung erzeugen, wenn die Kraftbeaufschlagung der Druckplatte mittels des Aktuators 4 erfolgt. Dadurch ist ein definiertes übertragbares Drehmoment einstellbar, welches zwischen der Anpressplatte 2 und der Druckplatte 3 einerseits und der Kupplungsscheibe 6 andererseits übertragbar ist, wobei das übertragbare Drehmoment in zumindest zwei Stufen einstellbar ist, siehe 1. In 2 ist die Beaufschlagung mit einer Kraft F gleich null. Es wird kein Drehmoment übertragen.
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In 3 ist eine Betriebssituation gezeigt, in welcher die Drehzahl n der Kupplungsscheibe gleich null ist, also n = 0. Die Reibelemente 5 der Kupplungsscheibe 6 sind durch die Federn 7 nach radial innen gedrängt und liegen an der Anpressplatte 2 und der Druckplatte 3 nun radial innen bei einem Radius l1 an, wenn eine Kraft F > 0 zur Beaufschlagung angelegt wird. Dadurch wird ein erstes geringeres Drehmoment übertragen.
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In 4 ist eine Betriebssituation gezeigt, in welcher die Drehzahl n der Kupplungsscheibe größer als null ist, also n > 0. Die Reibelemente 5 der Kupplungsscheibe 6 sind durch die wirkende Fliehkraft entgegen der Rückstellkraft der Federn 7 nach radial außen gedrängt und liegen an der Anpressplatte 2 und der Druckplatte 3 nun radial außen bei einem Radius l2 an, wobei gilt, dass l2 > l1 ist, wenn eine Kraft F > 0 zur Beaufschlagung angelegt wird. Dadurch wird ein zweites größeres Drehmoment übertragen.
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Die Kupplung weist also eine Kupplungsscheibe 6 auf, welche Reibelemente 5 aufweist, die bevorzugt am Umfang der Kupplungsscheibe 6 verteilt angeordnet sind. Die Reibelemente sind radial verlagerbar angeordnet, und somit zwischen zumindest einer ersten radial inneren Position mit Radius l1 und einer zweiten radial äußeren Position mit Radius l2 mit l2 > l1 verlagerbar. Dadurch wird erreicht, dass ein geringeres übertragbares Drehmoment M1 in der radial inneren Position mit Radius l1 übertragbar ist und ein größeres übertragbares Drehmoment M2 in der radial äußeren Position mit Radius l2 übertragbar ist.
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Die Steuerung erfolgt dabei über die Drehzahl bzw. über die wirkende Fliehkraft der Reibelemente. Dabei steht die auf die Reibelemente wirkende Fliehkraft der Rückstellkraft der Federn, die auch als Kraftspeicher bekannt sind, entgegen. Liegt keine Drehzahl der Kupplungsscheibe 6 vor, wirkt keine Fliehkraft und die Federn 7 ziehen die Reibelemente 5 nach radial innen. Liegt eine Drehzahl n der Kupplungsscheibe 6 vor, findet sich ein Gleichgewicht zwischen Federrückstellkraft und Fliehkraft. Ist die Rückstellkraft größer, sind die Reibelemente radial innen bei dem Radius l1 angeordnet. Ist die Fliehkraft größer, sind die Reibelemente radial außen bei dem Radius l2 angeordnet. Bei alternativen Gestaltungen können auch verschiedene verschaltete Federn vorgesehen sein, so dass eine mehrstufige Abstufung resultiert. Die Reibelemente 5 sind unter Fliehkrafteinfluss entgegen der Rückstellkraft zumindest einer Feder bzw. eines Kraftspeichers verlagerbar.
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Die 5 bis 7 zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Die Kupplung 21 ist mit einer Anpressplatte 22, 32 und mit einer Druckplatte 23, 33 versehen. Dabei ist die Druckplatte 23, 33 gegen die Anpressplatte 22, 32, beispielsweise von einem Aktuator 24, 34, beaufschlagbar. Hierzu kann eine Anpresskraft F1 bzw. F2 beispielsweise mittels des Aktuators 24, 34 aufgebracht werden, um die Beaufschlagung der Reibelemente 25, 35 einer Kupplungsscheibe zwischen der Anpressplatte 22, 32 und der Druckplatte 23, 33 zu bewirken.
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Wie es in den 5 bis 7 gezeigt ist, sind die Anpressplatte 22, 32 und die Druckplatte 23, 33 in jeweils zumindest zwei ringförmige Elemente oder Segmente unterteilt, die radial ineinander angeordnet sind. Dabei kann die Druckplatte mit ihren Segmenten 23, 33 individuell beaufschlagt werden. Dazu sind die Aktuatoren 24, 34 vorgesehen.
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Die Kupplungsscheibe 26 ist dabei zwischen der Anpressplatte 22, 32 und der Druckplatte 23, 33 angeordnet und beispielsweise radial innen mit einer Getriebeeingangswelle verbunden. Die Anordnung ist dabei um die Drehachse x-x verdrehbar dargestellt verbunden. Die Kupplungsscheibe 26 trägt dabei segmentierte Reibelemente 25, 35, welche radial beabstandet zueinander angeordnet sind.
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Die Kupplungsscheibe 26 ist also axial zwischen der Anpressplatte 22, 32 und der Druckplatte 23, 33 angeordnet und kann zwischen der Anpressplatte 22, 32 und der Druckplatte 23, 33 eine reibschlüssige Verbindung erzeugen, wenn die Kraftbeaufschlagung der Druckplatte mit ihren Segmenten 23, 33 mittels der Aktuatoren 24, 34 entsprechend erfolgt. Dadurch ist ein definiertes übertragbares Drehmoment einstellbar, welches zwischen der Anpressplatte 22, 32 und der Druckplatte 23, 33 einerseits und der Kupplungsscheibe 26 andererseits übertragbar ist, wobei das übertragbare Drehmoment in zumindest zwei Stufen einstellbar ist, siehe 1. In 5 ist die Beaufschlagung mit einer jeweiligen Kraft F1 und F2 gleich null. Es wird kein Drehmoment übertragen.
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In 6 ist eine Betriebssituation gezeigt, in welcher die Beaufschlagung durch den radial inneren Aktuator 34 ungleich null ist, also F2 > 0 und die Beaufschlagung durch den radial äußeren Aktuator gleich null ist, also F1 = 0. Die Reibelemente 35 der Kupplungsscheibe 26 sind durch die Beaufschlagung der Kraft F2 beaufschlagt und liegen an der Anpressplatte 32 und der Druckplatte 33 nun radial innen bei einem Radius l1 an. Dadurch wird ein erstes geringeres Drehmoment übertragen.
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In 7 ist eine Betriebssituation gezeigt, in welcher die Beaufschlagung durch den radial inneren Aktuator 34 ungleich null ist, also F2 > 0 und die Beaufschlagung durch den radial äußeren Aktuator ebenfalls ungleich null ist, also F1 > 0. Die Reibelemente 25 und 35 der Kupplungsscheibe 26 sind durch die Beaufschlagung der Kräfte F1 und F2 beaufschlagt und liegen an der Anpressplatte 32 und der Druckplatte 33 nun radial innen und radial außen bei einem Radius l1 und bei einem Radius l2 an. Dadurch wird ein zweites größeres Drehmoment übertragen.
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Dabei weist die Kupplungsscheibe zumindest zwei Reibelemente 25, 35 auf, welche radial versetzt zueinander angeordnet sind und auch weisen die Anpressplatte 22, 32 und die Druckplatte 23, 33 zumindest zwei unterschiedliche Segmente auf, welche radial versetzt angeordnet und individuell beaufschlagbar sind, um einen Reibschluss mit einem der Reibelemente 25, 35 gesteuert zu bewirken.
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Dadurch wird erreicht, dass bei nicht vorliegender Beaufschlagung der Anpressplatte 22, 32 und der Druckplatte 23, 33 im Wesentlichen kein Drehmoment übertragbar ist. Auch wird erreicht, dass bei vorliegender Beaufschlagung radial innerer Reibelemente 35 mittels radial innerer Segmente 32, 33 der Anpressplatte und der Druckplatte ein erstes geringeres Drehmoment übertragbar ist. Ebenso wird erreicht, dass bei zusätzlicher oder alternativer vorliegender Beaufschlagung radial äußerer Reibelemente 25 mittels radial äußerer Segmente 22, 23 der Anpressplatte und der Druckplatte ein zweites größeres Drehmoment übertragbar ist.
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So kann bei vorliegender Beaufschlagung radial innerer und radial äußerer Reibelemente 25, 35 mittels radial innerer und radial äußerer Segmente 22, 32, 23, 33 der Anpressplatte und der Druckplatte ein zweites größeres Drehmoment übertragbar sein.
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Die 8 bis 10 zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Die Kupplung 51 ist mit einer Anpressplatte 52, 62 und mit einer Druckplatte 53, 63 versehen. Dabei ist die Druckplatte 53, 63 gegen die Anpressplatte 52, 62, beispielsweise von einem Aktuator 54, über einen Hebel 60 beaufschlagbar. Hierzu kann eine Anpresskraft F beispielsweise mittels des Aktuators 24 über den Hebel 60 aufgebracht werden, um die Beaufschlagung der Reibelemente 55, 65 einer Kupplungsscheibe zwischen der Anpressplatte 52, 62 und der Druckplatte 53, 63 zu bewirken.
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Wie es die 8 bis 10 zeigen, sind die Anpressplatte 52, 62 und die Druckplatte 53, 63 in jeweils zumindest zwei ringförmige Elemente oder Segmente unterteilt, die radial ineinander angeordnet sind. Dabei kann die Druckplatte 53, 63 mit ihren Segmenten 53, 63 individuell beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung erfolgt mittels des Aktuators 54 über den Hebel 60.
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Die Kupplungsscheibe 56 ist dabei zwischen der Anpressplatte 52, 62 und der Druckplatte 53, 63 angeordnet und beispielsweise radial innen mit einer Getriebeeingangswelle verbunden. Die Anordnung ist dabei um die Drehachse x-x verdrehbar dargestellt. Die Kupplungsscheibe 56 trägt dabei segmentierte Reibelemente 55, 65, welche radial beabstandet zueinander angeordnet sind.
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Die Kupplungsscheibe 56 ist also axial zwischen der Anpressplatte 52, 62 und der Druckplatte 53, 63 angeordnet und kann zwischen der Anpressplatte 52, 62 und der Druckplatte 53, 63 eine reibschlüssige Verbindung erzeugen, wenn die Kraftbeaufschlagung der Druckplatte mit ihren Segmenten 53, 63 mittels des Aktuators 24 entsprechend erfolgt. Dadurch ist ein definiertes übertragbares Drehmoment einstellbar, welches zwischen der Anpressplatte 52, 62 und der Druckplatte 53, 63 einerseits und der Kupplungsscheibe 56 andererseits übertragbar ist, wobei das übertragbare Drehmoment in zumindest zwei Stufen einstellbar ist. Bei einer Betätigungskraft von F = 0 erfolgt keine Betätigung, siehe 8.
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In 9 ist eine Betriebssituation gezeigt, in welcher die Beaufschlagung durch eine Betätigungskraft F > 0 bei einem ersten Betätigungsweg erfolgt. Die Reibelemente 65 der Kupplungsscheibe 56 sind durch die Beaufschlagung der Kraft F beaufschlagt und liegen an der Anpressplatte 62 und der Druckplatte 63 nun radial innen bei einem Radius l1 an. Dadurch wird ein erstes geringeres Drehmoment übertragen.
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In 10 ist eine Betriebssituation gezeigt, in welcher die Beaufschlagung durch eine Betätigungskraft F > 0 bei einem zweiten Betätigungsweg erfolgt. Die Reibelemente 55 und 65 der Kupplungsscheibe 56 sind durch die Beaufschlagung der Kraft F beaufschlagt und liegen an der Anpressplatte 52, 62 und der Druckplatte 53, 63 nun radial innen und radial außen bei einem Radius l1 und l2 an. Dadurch wird ein zweites größeres Drehmoment übertragen.
