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Die vorliegende Erfindung betrifft Drehmomentübertragungsvorrichtungen mit einem Planetenradgetriebe, das eine drehbare Komponente aufweist, einem feststehenden Gehäuse und einer Kupplungseinrichtung zur wahlweisen Kopplung der Komponente mit dem feststehenden Gehäuse.
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Aus der Praxis sind Automatikgetriebe bekannt, bei denen Drehmomentübertragungsvorrichtungen zum Einsatz kommen. Die bekannten Drehmomentübertragungsvorrichtungen weisen ein Planetenradgetriebe auf, das eine drehbare Komponente aufweist, also beispielsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad oder einen Planetenradträger mit mindestens einem daran angeordneten Planetenrad. Darüber hinaus weisen die bekannten Drehmomentübertragungsvorrichtungen ein feststehendes Gehäuse auf, das beispielsweise von einem Getriebegehäuse gebildet sein kann. Des Weiteren ist eine Kupplungseinrichtung vorgesehen, die der wahlweisen Kopplung der Komponente des Planetenradgetriebes mit dem feststehenden Gehäuse dient. Als Kupplungseinrichtungen zur wahlweisen Kopplung der Komponente mit dem feststehenden Gehäuse kommen dabei in der Regel reibschlüssige Lamellenkupplungen oder - bremsen, reibschlüssige Bandbremsen oder Klemmkörper- oder Rollenfreiläufe zum Einsatz.
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Die bekannten Drehmomentübertragungsvorrichtungen haben sich bewährt, sind jedoch im Hinblick auf eine hohe Momentendichte und eine gute Regelbarkeit und Synchronisierung verbesserungswürdig.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, dass diese zum einen eine sichere Kopplung der Komponente mit dem feststehenden Gehäuse gewährleistet und zum anderen eine zügige Drehzahlsynchronisierung und Regelbarkeit sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungsvorrichtung, die vorzugsweise für den Einsatz in einem Automatikgetriebe ausgelegt ist, weist ein Planetenradgetriebe auf, wobei das Planetenradgetriebe eine drehbare Komponente aufweist. Bei der drehbaren Komponente kann es sich beispielsweise um das Sonnenrad, das Hohlrad oder den Planetenradträger des Planetenradgetriebes handeln. Darüber hinaus weist die Drehmomentübertragungsvorrichtung ein feststehendes Gehäuse auf, das mithin nicht drehbar ausgebildet ist. Hierbei ist es bevorzugt, wenn eine weitere der Komponenten des Planetenradgetriebes, also beispielsweise das Sonnenrad, das Hohlrad oder der Planetenradträger, drehfest an dem feststehenden Gehäuse befestigt oder gar einstückig mit diesem ausgebildet ist. Des Weiteren weist die Drehmomentübertragungsvorrichtung eine Kupplungseinrichtung auf. Wenngleich hierin stets von einer Kupplungseinrichtung die Rede ist, so kann die Kupplungseinrichtung auch als Bremseinrichtung bezeichnet werden, zumal diese zur wahlweisen Kopplung der Komponente mit dem feststehenden Gehäuse ausgelegt ist. Die genannte Kupplungseinrichtung weist eine reibschlüssig arbeitende erste Kupplung und eine formschlüssig arbeitende zweite Kupplung auf. Die erste und zweite Kupplung sind dabei derart ausgelegt, dass die Komponente des Planetenradgetriebes vor einer Kopplung vermittels der zweiten Kupplung über die erste Kupplung mit dem feststehenden Gehäuse koppelbar ist. Mit anderen Worten kann die Komponente zunächst über die reibschlüssig arbeitende erste Kupplung mit dem feststehenden Gehäuse gekoppelt werden, wodurch die Komponente des Planetenradgetriebes zunächst schlupfbehaftet abgebremst werden kann, um über die reibschlüssig arbeitende erste Kupplung einen Angleich der Drehzahl der drehenden Komponente des Planetenradgetriebes an das feststehende Gehäuse zu erzielen. Im Anschluss daran kann die Komponente des Planetenradgetriebes formschlüssig über die formschlüssig arbeitende zweite Kupplung mit dem feststehenden Gehäuse gekoppelt werden, um ein auf die Komponente des Planetenradgetriebes wirkendes hohes Drehmoment besonders sicher an dem feststehenden Gehäuse abstützen zu können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung sind die erste Kupplung und die zweite Kupplung abhängig voneinander betätigbar. So kann beispielsweise die formschlüssig arbeitende zweite Kupplung erst dann in die Kopplungsstellung überführt werden, wenn zuvor die reibschlüssig arbeitende erste Kupplung in deren Kopplungsstellung überführt wurde. Dies vereinfacht die Betätigung der Kupplungseinrichtung, auch der Aufbau der Kupplungseinrichtung und die Komplexität der Steuerung kann hierdurch vereinfacht sein. So kann beispielsweise lediglich ein Betätigungselement für beide Kupplungen vorgesehen sein, wie dies später nochmals aufgegriffen werden soll.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung sind die erste Kupplung und die zweite Kupplung im Gegensatz zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform unabhängig voneinander betätigbar. Diese Ausführungsform ist insofern von Vorteil, als dass die formschlüssig arbeitende zweite Kupplung in deren Kopplungsstellung überführt werden kann, ohne vorher die reibschlüssig arbeitende erste Kupplung in deren Kopplungsstellung zu überführen. Dies kann beispielsweise in einem Betriebszustand der Drehmomentübertragungsvorrichtung sinnvoll sein, bei dem die drehbare Komponente des Planetenradgetriebes nicht oder nur mit geringer Drehzahl relativ zu dem feststehenden Gehäuse dreht, wie dies beispielsweise beim Stillstand eines Kraftfahrzeugs der Fall ist. Mithin kann über eine derart ausgebildete Kupplungseinrichtung besonders schnell ein Formschluss über die formschlüssig arbeitende zweite Kupplung erreicht werden. Unabhängig davon bleibt jedoch die Möglichkeit, die Komponente vor einer Kopplung vermittels der zweiten Kupplung über die erste Kupplung mit dem feststehenden Gehäuse zu koppeln, wenn die Komponente des Planetenradgetriebes mit erhöhter Drehzahl relativ zu dem feststehenden Gehäuse dreht. Insgesamt ist eine Drehmomentübertragungsvorrichtung mit einer ersten Kupplung und einer zweiten Kupplung, die unabhängig voneinander betätigbar sind, somit deutlich flexibler einsetzbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung sind die erste und zweite Kupplung über ein gemeinsames Betätigungselement betätigbar. Das gemeinsame Betätigungselement kann grundsätzlich auf jedwede Weise angetrieben werden, es ist bei dieser Ausführungsform jedoch ferner bevorzugt, wenn das gemeinsame Betätigungselement als hydraulisch antreibbarer Betätigungskolben ausgebildet ist. Ein gemeinsames Betätigungselement vereinfacht den Aufbau der Kupplungseinrichtung, mithin der gesamten Drehmomentübertragungsvorrichtung. Ein gemeinsames Betätigungselement ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die erste Kupplung und die zweite Kupplung abhängig voneinander betätigbar sein sollen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung, die eine Alternative zu der vorangehend beschriebenen Ausführungsform darstellt, ist die erste Kupplung über ein erstes Betätigungselement und die zweite Kupplung über ein zweites Betätigungselement betätigbar, um insbesondere eine voneinander unabhängige Betätigung von erster Kupplung und zweiter Kupplung zu ermöglichen. Dabei ist es bevorzugt, wenn das erste Betätigungselement und das zweite Betätigungselement jeweils als hydraulisch antreibbare Betätigungskolben ausgebildet sind.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung weist das erste Betätigungselement in Form des ersten Betätigungskolbens eine mit Hydraulikdruck beaufschlagbare Kolbenwirkfläche auf, die größer als eine mit Hydraulikdruck beaufschlagbare Kolbenwirkfläche des zweiten Betätigungskolbens ist. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass in der Regel eine geringere Betätigungskraft erforderlich ist, um die formschlüssig arbeitende Kupplung in deren Kopplungsstellung zu halten. Aufgrund der geringeren Kolbenwirkfläche des zweiten Betätigungskolbens kann mithin auch ein kleiner dimensionierter zweiter Betätigungskolben zum Einsatz kommen, um einen kompakten Aufbau der Kupplungseinrichtung innerhalb der Drehmomentübertragungsvorrichtung zu erzielen.
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Um einen besonders kompakten Aufbau der Kupplungseinrichtung innerhalb der Drehmomentübertragungsvorrichtung zu erzielen, sind der erste Betätigungskolben und der zweite Betätigungskolben in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung in radialer Richtung geschachtelt angeordnet. Dies bewirkt insbesondere eine besonders kurze axiale Baulänge. Alternativ oder ergänzend sind der erste Betätigungskolben und der zweite Betätigungskolben in axialer Richtung, also in deren Bewegungsrichtung, miteinander fluchtend angeordnet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung ist der erste Betätigungskolben oder/und der zweite Betätigungskolben als Ringkolben ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung ist dem ersten Betätigungskolben eine erste Druckkammer und dem zweiten Betätigungskolben eine zweite Druckkammer zugeordnet, die durch Druckbeaufschlagung den jeweiligen Betätigungskolben antreiben oder betätigen. Um dabei einen besonders kompakten Aufbau der Kupplungseinrichtung zu erzielen, ist die erste Druckkammer vorzugsweise zumindest teilweise durch den zweiten Betätigungskolben begrenzt. Überdies ist die erste Druckkammer vorzugsweise derart durch den zweiten Betätigungskolben begrenzt, dass mittels eines Hydraulikdrucks innerhalb der ersten Druckkammer eine Rückstellkraft auf den zweiten Betätigungskolben erzeugt werden kann. Alternativ ist die zweite Druckkammer vorzugsweise zumindest teilweise durch den ersten Betätigungskolben begrenzt und mittels eines Hydraulikdrucks innerhalb der zweiten Druckkammer besonders bevorzugt eine Rückstellkraft auf den ersten Betätigungskolben erzeugbar. In beiden genannten Fällen bewirkt die Rückstellkraft eine vereinfachte Rückstellung des zweiten bzw. ersten Betätigungskolbens aus der Kopplungsstellung in die Entkopplungsstellung. Etwaige weitere Rückstelleinrichtungen für den jeweiligen Betätigungskolben können hierdurch entlastet, entsprechend geringer dimensioniert werden oder gänzlich entfallen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung ist dem gemeinsamen Betätigungselement oder dem ersten Betätigungselement oder/und zweiten Betätigungselement eine Rückstelleinrichtung zum Zurückstellen desselben zugeordnet, wobei die Rückstelleinrichtung vorzugsweise mindestens ein elastisches Rückstellelement, besonders bevorzugt ein Federelement, aufweist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung ist die erste Kupplung eine Lamellenkupplung mit einem Lamellenpaket, einem drehfest mit der Komponente verbundenen ersten Lamellenträger und einem drehfest mit dem Gehäuse verbundenen zweiten Lamellenträger. Unter einem Lamellenpaket kann hierbei auch ein Lamellenpaket verstanden werden, das mindestens eine Lamelle an dem ersten Lamellenträger und mindestens eine Lamelle an dem zweiten Lamellenträger aufweist, wenngleich es bevorzugt ist, wenn an zumindest einem der Lamellenträger oder beiden Lamellenträgern zwei oder mehr Lamellen angeordnet sind. Die erwähnte drehfeste Verbindung kann hierbei auch durch eine einstückige Ausbildung erzielt sein. So ist es bei dieser Ausführungsform insbesondere bevorzugt, wenn der zweite Lamellenträger einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung weist der erste Lamellenträger eine erste Drehmitnahmekontur für erste Lamellen des Lamellenpakets und der zweite Lamellenträger eine zweite Drehmitnahmekontur für zweite Lamellen des Lamellenpakets auf. Die beiden Drehmitnahmekonturen ermöglichen vorzugsweise jeweils eine Axialverschiebbarkeit der jeweils daran angeordneten Lamellen des Lamellenpakets.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung weist die formschlüssig arbeitende zweite Kupplung ein bewegliches Kopplungselement auf, das mit der ersten oder/und zweiten Drehmitnahmekontur in Drehmitnahmeeingriff bringbar ist, um eine formschlüssige Kopplung zwischen der Komponente und dem feststehenden Gehäuse zu erzielen. Mithin nutzt die formschlüssig arbeitende zweite Kupplung die ohnehin vorhandene erste oder/und zweite Drehmitnahmekontur an den Lamellenträgern der formschlüssig arbeitenden ersten Kupplung, wodurch der Drehmitnahmekontur eine Doppelfunktion zukommt, die den Aufbau sowie die Herstellung weiter vereinfacht. Bei dieser Ausführungsform ist es überdies bevorzugt, wenn das bewegliche Kopplungselement dauerhaft mit der zweiten oder ersten Drehmitnahmekontur in Drehmitnahmeverbindung steht, während es mit der ersten oder zweiten Drehmitnahmekontur lediglich in Drehmitnahmeeingriff bringbar ist. Auf diese Weise dient die zweite oder erste Drehmitnahmekontur auch der Führung des beweglichen Kopplungselementes, selbst wenn das Kopplungselement noch nicht mit der anderen Drehmitnahmekontur in Drehmitnahmeeingriff gebracht wurde.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung ist das bewegliche Kopplungselement der zweiten Kupplung einstückig mit dem zweiten Betätigungselement oder dem gemeinsamen Betätigungselement ausgebildet, um die Teilevielzahl zu reduzieren und ein schnelles Ansprechen des beweglichen Kopplungselements bei einer Betätigung über das zweite Betätigungselement oder das gemeinsame Betätigungselement zu erreichen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung ist das Kopplungselement der zweiten Kupplung zwischen dem ersten Betätigungselement und dem Lamellenpaket angeordnet, wobei das Kopplungselement vorzugsweise in axialer Richtung zwischen dem ersten Betätigungselement und dem Lamellenpaket angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist es überdies bevorzugt, wenn sich das erste Betätigungselement durch mindestens ein Fenster in dem Kopplungselement zu dem Lamellenpaket erstreckt, um die Kraft des ersten Betätigungselements auf möglichst direktem Wege und platzsparend auf das Lamellenpaket übertragen zu können. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das erste Betätigungselement mehrere sich durch das mindestens eine Fenster in dem Kopplungselement erstreckende Betätigungsfinger aufweist.
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Wie bereits vorangehend dargelegt, ist es von Vorteil, wenn das zuvor beschriebene Kopplungselement einerseits mit der ersten Drehmitnahmekontur und andererseits mit der zweiten Drehmitnahmekontur in Drehmitnahmeeingriff steht oder bringbar ist, um eine möglichst direkte formschlüssige Kopplung zwischen der Komponente und dem feststehenden Gehäuse zu erzielen. In einer alternativen Ausführungsvariante der Drehmomentübertragungsvorrichtung ist das Kopplungselement drehfest mit dem zweiten Betätigungselement oder dem gemeinsamen Betätigungselement verbunden, wobei die Komponente über das Kopplungselement und das zweite oder gemeinsame Betätigungselement an das feststehende Gehäuse koppelbar ist. Mithin erfolgt bei dieser Ausführungsform die Kopplung über nur eine der beiden Drehmitnahmekonturen, was - je nach zur Verfügung stehendem Bauraum - von Vorteil sein kann. In diesem Fall ist jedoch sicherzustellen, dass das zweite oder gemeinsame Betätigungselement bereits mittelbar oder unmittelbar drehfest mit dem feststehenden Gehäuse verbunden ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung weist das Planetenradgetriebe ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenradträger mit mindestens einem Planetenrad auf, das in Drehmitnahmeeingriff mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad steht. Das Sonnenrad, das Hohlrad oder der Planetenradträger bildet dabei die zuvor erwähnte drehbare Komponente des Planetenradgetriebes aus, wobei es hier bevorzugt ist, wenn die drehbare Komponente von dem Planetenradträger gebildet ist. Des Weiteren ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn eine zweite der genannten Komponenten drehfest mit dem feststehenden Gehäuse verbunden ist, wobei es sich bei der zweiten Komponente gegebenenfalls um das Hohlrad handeln kann. Mithin dient die Kupplungseinrichtung hierbei nicht nur der Kopplung der drehenden Komponente mit dem feststehenden Gehäuse, sondern auch der wahlweisen Kopplung der drehenden Komponente mit der zweiten Komponente, um einen entsprechenden Schaltzustand des Planetenradgetriebes zu erzielen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine teilweise Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung in geschnittener Darstellung mit der ersten und zweiten Kupplung in der Entkopplungsstellung,
- 2 die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 1 mit der ersten Kupplung in der Kopplungsstellung und der zweiten Kupplung in der Entkopplungsstellung,
- 3 die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 2 mit der ersten und zweiten Kupplung in der Kopplungsstellung,
- 4 eine teilweise Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung in geschnittener Darstellung mit der ersten und zweiten Kupplung in der Entkopplungsstellung,
- 5 die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 4 mit der ersten Kupplung in der Kopplungsstellung und der zweiten Kupplung in der Entkopplungsstellung,
- 6 die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 5 mit der ersten und zweiten Kupplung in der Kopplungsstellung,
- 7 eine teilweise Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung in geschnittener Darstellung mit der ersten und zweiten Kupplung in der Entkopplungsstellung,
- 8 die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 7 mit der ersten Kupplung in der Kopplungsstellung und der zweiten Kupplung in der Entkopplungsstellung,
- 9 die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 8 mit der ersten und zweiten Kupplung in der Kopplungsstellung,
- 10 eine teilweise Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung in geschnittener Darstellung mit der ersten und zweiten Kupplung in der Entkopplungsstellung,
- 11 die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 10 mit der ersten Kupplung in der Kopplungsstellung und der zweiten Kupplung in der Entkopplungsstellung und
- 12 die Drehmomentübertragungsvorrichtung von 11 mit der ersten und zweiten Kupplung in der Kopplungsstellung.
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Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 2 für ein Automatikgetriebe. In den Figuren sind die einander entgegengesetzten axialen Richtungen 4, 6, die einander entgegengesetzten radialen Richtungen 8, 10 sowie die einander entgegengesetzten Umfangsrichtungen 12, 14 der Drehmomentübertragungsvorrichtung 2 anhand entsprechender Pfeile angedeutet, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtung 2 eine sich in den axialen Richtungen 4, 6 erstreckende Drehachse 16 aufweist.
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Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 2 weist ein feststehendes Gehäuse 18 auf, das mithin nicht um die Drehachse 16 verdrehbar ist. Das feststehende Gehäuse 18 begrenzt einen Gehäuseinnenraum 20 in radialer Richtung 8 nach außen. In dem Gehäuseinnenraum 20 ist ein Planetenradgetriebe 22 angeordnet. Das Planetenradgetriebe 22 weist einen in radialer Richtung 10 innenliegendes Sonnenrad 24, ein mit dem Sonnenrad 24 in radialer Richtung 8, 10 geschachtelt angeordnetes Hohlrad 26 und einen Planetenradträger 28 auf, an dem mindestens ein Planetenrad 30 drehbar angeordnet ist, wobei das Planetenrad 30 in radialer Richtung 8 nach außen mit dem Hohlrad 26 und in radialer Richtung 10 nach innen mit dem Sonnenrad 24 in Drehmitnahmeeingriff steht. Sowohl das Hohlrad 26 als auch der Planetenradträger 28 sind im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, mithin in den Umfangsrichtungen 12, 14 umlaufend. Während der Planetenradträger 28 als drehbare erste Komponente ausgebildet ist, ist das Hohlrad 26 als eine drehfest mit dem Gehäuse 18 verbundene zweite Komponente ausgebildet, die mithin nicht um die Drehachse 16 drehbar ist. Nachstehend wird der Planetenradträger 28 daher als erste Komponente 28 bezeichnet, während das Hohlrad 26 als zweite Komponente 26 des Planetenradgetriebes 22 bezeichnet wird.
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Dem Planetenradgetriebe 22 ist eine Kupplungseinrichtung 32 zugeordnet, die der wahlweisen Kopplung der ersten Komponente 28 mit dem feststehenden Gehäuse 18 und mithin auch mit der zweiten Komponente 26 dient, wobei die Kupplungseinrichtung 32 an dem feststehenden Gehäuse 18 angeordnet ist. Die Kupplungseinrichtung 32 weist eine reibschlüssig arbeitende erste Kupplung 34 und eine formschlüssig arbeitende zweite Kupplung 36 auf, wobei diese derart angeordnet sind, dass die erste Komponente 28 zunächst über die erste Kupplung 34 und anschließend vermittels der zweiten Kupplung 36 mit dem feststehenden Gehäuse 18 gekoppelt werden kann, wie dies später näher unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben werden soll. Nachstehend wird zunächst der Aufbau der reibschlüssig arbeitenden ersten Kupplung 34 beschrieben.
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Die erste Kupplung 34 ist als Lamellenkupplung ausgebildet. So weist die erste Kupplung 34 ein Lamellenpaket 38 mit mindestens einer ersten Lamelle 40, hier einer Innenlamelle, und mindestens einer zweiten Lamelle 42 auf, hier einer Außenlamelle. Erste und zweite Lamellen 40, 42 folgen in axialer Richtung 4, 6 abwechselnd aufeinander. An der ersten Komponente 28 ist ein erster Lamellenträger 44 vorgesehen, der drehfest mit der ersten Komponente 28 verbunden ist und eine in radialer Richtung 8 nach außen weisende erste Drehmitnahmekontur 46 aufweist. Die erste Drehmitnahmekontur 46 dient der Erzielung einer Drehmitnahmeverbindung mit der mindestens einen ersten Lamelle 40, wobei die erste Lamelle 40 weiterhin in axialer Richtung 4, 6 relativ zu dem ersten Lamellenträger 44 verschiebbar ist. Darüber hinaus weist die erste Kupplung 34 einen zweiten Lamellenträger 48 auf, der drehfest mit dem Gehäuse 18 verbunden, hier einstückig mit dem Gehäuse 18 ausgebildet, ist. Der zweite Lamellenträger 48 weist eine in radialer Richtung 10 nach innen weisende zweite Drehmitnahmekontur 50 auf, die der Erzielung einer Drehmitnahmeverbindung mit den zweiten Lamellen 42 dient, wobei auch die zweiten Lamellen 42 in axialer Richtung 4, 6 relativ zu dem zweiten Lamellenträger 48 verschiebbar sind. In axialer Richtung 4 ist das Lamellenpaket 38 vermittels einer Endscheibe 52 an dem Gehäuse 18 abstützbar oder abgestützt.
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Die zweite Kupplung 36 weist ein bewegliches Kopplungselement 54 auf, genauer gesagt ein in den axialen Richtungen 4, 6 verschiebbares Kopplungselement 54. Das Kopplungselement 54 weist eine in radialer Richtung 10 nach innen weisende und in axialer Richtung 4 geöffnete Drehmitnahmekontur 56 auf, die mit der ersten Drehmitnahmekontur 46 unter Erzielung eines Formschlusses zwischen dem Kopplungselement 54 und dem ersten Lamellenträger 44 an der ersten Komponente 28 in Drehmitnahmeeingriff bringbar ist. Dabei ist das Kopplungselement 54 einstückig mit bzw. als Abschnitt von einem gemeinsamen Betätigungselement 58 ausgebildet, über das sowohl die erste Kupplung 34 als auch die zweite Kupplung 36 in Abhängigkeit voneinander betätigbar sind.
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Das gemeinsame Betätigungselement 58 ist als hydraulisch antreibbarer Betätigungskolben ausgebildet. Überdies ist das gemeinsame Betätigungselement 58 als ein in Umfangsrichtung 12, 14 umlaufender Ringkolben ausgebildet. Das gemeinsame Betätigungselement 58 ist dabei in einem Zylinder 60 angeordnet, der einerseits über eine Verzahnung 62 drehfest mit dem Gehäuse 18 und andererseits über eine Verzahnung 64 drehfest mit dem gemeinsamen Betätigungselement 58 verbunden ist. Das als Betätigungskolben ausgebildete gemeinsame Betätigungselement 58 ist ferner derart in dem Zylinder 60 angeordnet, dass zum einen eine mit Hydraulikdruck beaufschlagbare Druckkammer 66 und zum anderen eine mit Hydraulikdruck beaufschlagbare Gegendruckkammer 68 ausgebildet ist, wobei Druckkammer 66 und Gegendruckkammer 68 dem gemeinsamen Betätigungselement 58 in Form des Betätigungskolbens in einander entgegengesetzten axialen Richtungen 4, 6 zugeordnet sind.
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1 zeigt sowohl die erste Kupplung 34 als auch die zweite Kupplung 36 in der Entkopplungsstellung. Soll die erste Komponente 28 mit dem Gehäuse 18 gekoppelt werden, so wird die Druckkammer 66 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, woraufhin sich das gemeinsame Betätigungselement 58 in axiale Richtung 4 bewegt und eine entsprechende Betätigungskraft in axialer Richtung 4 ausübt. Wie aus 2 ersichtlich, drückt das gemeinsame Betätigungselement 58 dabei zunächst über eine Rückstellfeder 70 auf das Lamellenpaket 38, wodurch die erste Kupplung 34 - gegebenenfalls schlupfbehaftet - in die Kopplungsstellung überführt wird. Die zweite Kupplung 36 befindet sich hingegen noch in der Entkopplungsstellung. Infolge des Schließens der ersten Kupplung 34 wird die erste Komponente 28 drehzahlmäßig an das feststehende Gehäuse 18 angepasst, mithin abgebremst.
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Überwindet die Betätigungskraft des gemeinsamen Betätigungselements 58 hingegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 70, so dass diese weiter komprimiert wird, so verschiebt sich das gemeinsame Betätigungselement 58 weiter in axialer Richtung 4, wobei die Drehmitnahmekontur 56 des Kopplungselements 54 in die erste Drehmitnahmekontur 46 eingreift, so dass auch die zweite Kupplung 36 ihre Kopplungsstellung gemäß 3 einnimmt. Da das Kopplungselement 54 drehfest mit dem gemeinsamen Betätigungselement 58 verbunden, hier gar einstückig mit diesem ausgebildet, ist, ist die erste Komponente 28 über das Kopplungselement 54, das gemeinsame Betätigungselement 58 und den Zylinder 60 formschlüssig an das Gehäuse 18 gekoppelt.
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Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass bei der ersten Ausführungsform die erste und zweite Kupplung 34, 36 voneinander abhängig betätigbar sind, d. h., es muss zunächst die erste Kupplung 34 geschlossen werden, ehe die zweite Kupplung 36 in deren Kopplungsstellung überführt werden kann. Um beide Kupplungen 34, 36 wieder in die Entkopplungsstellung nach 1 zu überführen, werden die vorangehend beschriebenen Schritte in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt.
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Die 4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der Drehmomentübertragungsvorrichtung 2, wobei nachstehend lediglich auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen werden soll, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
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In der zweiten Ausführungsform kommen anstelle eines gemeinsamen Betätigungselements 58 zwei Betätigungselemente zum Einsatz, nämlich ein erstes Betätigungselement 72, über das die erste Kupplung 34 betätigbar ist, und ein zweites Betätigungselement 74, über das die zweite Kupplung 36 betätigbar ist. Beide Betätigungselemente 72, 74 sind wiederum als hydraulisch antreibbare Betätigungskolben ausgebildet, so dass nachstehend auch von einem ersten Betätigungskolben 76 und einem zweiten Betätigungskolben 78 gesprochen wird. Beide Betätigungskolben 76, 78 sind als in Umfangsrichtung 12, 14 umlaufende Ringkolben ausgebildet. Dabei sind die beiden Betätigungskolben 76, 78 in radialer Richtung 8, 10 geschachtelt angeordnet, wobei der zweite Betätigungskolben 78 in radialer Richtung 10 innerhalb des ersten Betätigungskolbens 76 angeordnet ist. Beide Betätigungskolben 76, 78 sind in dem Zylinder 60 angeordnet, so dass dem ersten Betätigungskolben 76 eine mit Hydraulikdruck beaufschlagbare erste Druckkammer 80 zugeordnet ist, während dem zweiten Betätigungskolben 78 eine mit Hydraulikdruck beaufschlagbare zweite Druckkammer 82 zugeordnet ist. Beide Druckkammern 80, 82 sind unabhängig voneinander mit Hydraulikdruck beaufschlagbar, so dass die erste Kupplung 34 und die zweite Kupplung 36 auch unabhängig voneinander betätigbar sind. Überdies weist der erste Betätigungskolben 76 eine der ersten Druckkammer 80 in axialer Richtung 6 zugewandte und mit dem Hydraulikdruck beaufschlagbare Kolbenwirkfläche 84 auf, die aufgrund der ringförmigen Ausbildung des ersten Betätigungskolbens 76 als Ringfläche ausgebildet ist. Diese Kolbenwirkfläche 84 ist dabei größer als die mit dem Hydraulikdruck in der zweiten Druckkammer 82 beaufschlagbare Kolbenwirkfläche 86 des zweiten Betätigungskolbens 78, die ebenfalls ringförmig ausgebildet ist. Dies ist insofern von Vorteil, als dass der zweite Betätigungskolben 78 der Betätigung der formschlüssig arbeitenden zweiten Kupplung 36 dient, bei der in der Regel eine geringere Betätigungskraft vonnöten ist, um diese in der Kopplungsstellung zu halten.
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Das Kopplungselement 54 ist wiederum einstückig mit dem zweiten Betätigungskolben 78 ausgebildet, weist jedoch neben der in radialer Richtung 10 nach innen weisenden Drehmitnahmekontur 56 eine in radialer Richtung 8 nach außen weisende und in axialer Richtung 4 geöffnete Drehmitnahmekontur 88 auf, die an dem in radialer Richtung 8 nach außen weisenden Ende des sich in radialer Richtung 8, 10 erstreckenden Kopplungselementes 54 ausgebildet ist. Diese Drehmitnahmekontur 88 ist mit der zweiten Drehmitnahmekontur 50 des zweiten Lamellenträgers 48 an dem Gehäuse 18 in Drehmitnahmeeingriff bringbar oder - wie in 4 gezeigt - die Drehmitnahmekontur 88 steht dauerhaft mit der zweiten Drehmitnahmekontur 50 in Drehmitnahmeeingriff, so dass die Drehmitnahmekontur 88 in Verbindung mit der zweiten Drehmitnahmekontur 50 gleichermaßen als axiale Führung des zweiten Betätigungselements 74 und des damit verbundenen Kopplungselements 54 dient, selbst wenn die zweite Kupplung 36 noch nicht in deren Kopplungsstellung überführt ist.
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Wie aus 4 ersichtlich, ist das Kopplungselement 54 in axialer Richtung 4, 6 zwischen dem ersten Betätigungselement 72 und dem Lamellenpaket 38 der ersten Kupplung 34 angeordnet. Um dennoch eine Übertragung der Betätigungskraft von dem ersten Betätigungselement 72 auf möglichst kurzem Wege auf das Lamellenpaket 38 zu ermöglichen, sind an dem ersten Betätigungselement 72 bzw. dem ersten Betätigungskolben 76 in axialer Richtung 4 hervorstehende Betätigungsfinger 90 vorgesehen, die sich in axialer Richtung 4 durch Fenster 92 in dem Kopplungselement 54 erstrecken. Allgemein gesprochen erstreckt sich somit das erste Betätigungselement 72 durch mindestens ein Fenster 92 in dem Kopplungselement 54 zu dem Lamellenpaket 38 der zweiten Kupplung 36.
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Um die erste Komponente 28 mit dem Gehäuse 18 zu koppeln, wird zunächst die erste Druckkammer 80 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, woraufhin der erste Betätigungskolben 76 in axialer Richtung 4 verfahren wird, um über die sich durch die Fenster 92 in dem Kopplungselement 54 erstreckenden Betätigungsfinger 90 auf das Lamellenpaket 38 einzuwirken und die erste Kupplung 34 auf diese Weise zu schließen bzw. in deren Kopplungsstellung zu überführen, die in 5 gezeigt ist. Im Anschluss daran wird die zweite Kupplung 36 in deren Kopplungsstellung überführt, indem die zweite Druckkammer 82 mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird. Dabei wird das Kopplungselement 54 durch den zweiten Betätigungskolben 78 in axialer Richtung 4 verschoben, so dass die Drehmitnahmekontur 56 in die zweite Drehmitnahmekontur 50 eingreift, wie dies in 6 zu sehen ist. In der Kopplungsstellung der zweiten Kupplung 36 nach 6 sind der erste Lamellenträger 44 und der zweite Lamellenträger 48 somit über das Kopplungselement 54 selbst formschlüssig miteinander verbunden.
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Eine Besonderheit der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass die erste und zweite Kupplung 34, 36 unabhängig voneinander betätigt werden können. Sollte die erste Komponente 28 nicht oder nur mit geringer Drehzahl relativ zu dem Gehäuse 18 drehen, so kann auf eine Überführung der ersten Kupplung 34 in deren Kopplungsstellung im Grunde verzichtet werden, vielmehr kann ausgehend von 4 lediglich die zweite Druckkammer 82 mit Hydraulikdruck beaufschlagt werden, um die zweite Kupplung 36 zu schließen und somit sofort einen Formschluss zwischen der ersten Komponente 28 und dem Gehäuse 18 zu erzielen. Mithin ist der Formschluss besonders schnell erzielbar, was insbesondere beim Stillstand eines Antriebsstrangs zu einer Zeitersparnis führt.
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Die 7 bis 9 zeigen eine dritte Ausführungsform der Drehmomentübertragungsvorrichtung 2, die im Wesentlichen der Ausführungsform nach den 4 bis 6 entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden soll, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
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Während in der zweiten Ausführungsform die erste Druckkammer 80 durch den Zylinder 60 und das Gehäuse 18 und die zweite Druckkammer 82 ausschließlich durch den Zylinder 60 begrenzt ist, kann bei der dritten Ausführungsform ein kompakterer Aufbau im Bereich der Betätigungskolben 76, 78 erzielt werden. Wie aus 7 ersichtlich, ist die erste Druckkammer 80 zumindest teilweise, hier in radialer Richtung 10 nach innen und in axialer Richtung 6 zur Seite, durch den zweiten Betätigungskolben 78 begrenzt. Es kann auch davon gesprochen werden, dass der erste Betätigungskolben 76 in einem ringförmigen bzw. in Umfangsrichtung 12, 14 umlaufenden Einschnitt in dem zweiten Betätigungskolben 78 angeordnet ist bzw. dass die erste Druckkammer 80 in einem solchen Einschnitt ausgebildet ist.
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Zum Schließen der ersten Kupplung 34 wird zunächst der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer 80 erhöht (8). Im Anschluss daran wird der Hydraulikdruck in der zweiten Druckkammer 82 erhöht, um auch die zweite Kupplung 36 in deren Kopplungsstellung nach 9 zu überführen. Anschließend oder parallel hierzu kann der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer 80 wieder reduziert werden. Bei geschlossener zweiter Kupplung 36 nach 9 kann der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer 80 auch gänzlich aufgehoben werden, da bereits ein Formschluss über die zweite Kupplung 36 erzielt ist.
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Zum Öffnen beider Kupplungen 34, 36 kann zunächst der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer 80 wieder erhöht werden, während der Hydraulikdruck in der zweiten Druckkammer 82 verringert wird. Durch die Erhöhung des Hydraulikdrucks innerhalb der ersten Druckkammer 80 wird auch eine in axialer Richtung 6 auf den zweiten Betätigungskolben 78 wirkende Rückstellkraft erzeugt, so dass der zweite Betätigungskolben 78 durch diese Rückstellkraft in seiner Ausgangsposition nach 7 zurückgedrängt wird, während der erste Betätigungskolben 76 die erste Kupplung 34 erneut schließen kann oder in der Kopplungsstellung hält. Um eine gänzliche Entkopplung von erster Komponente 28 und Gehäuse 18 zu erzielen, muss anschließend nur noch der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer 80 reduziert werden, wobei nicht näher dargestellte Rückstellelemente, beispielsweise zwischen dem ersten Betätigungskolben 76 und dem Gehäuse 18 wirkende Rückstellfedern, ein Verschieben des ersten Betätigungskolbens 76 in dessen Ausgangsposition nach 7 bewirken können.
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Die 10 bis 12 zeigen eine vierte Ausführungsform der Drehmomentübertragungsvorrichtung 2, die im Wesentlichen der Ausführungsform nach den 7 bis 9 entspricht, so dass nachstehend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird, gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet werden und die vorangehende Beschreibung im Übrigen entsprechend gilt.
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Bei der vierten Ausführungsform haben im Gegensatz zu der dritten Ausführungsform die beiden Betätigungskolben 76, 78 ihre Positionen getauscht. So ist der zweite Betätigungskolben 78 in einem äußeren Einschnitt des ersten Betätigungskolbens 76 angeordnet, so dass die dem zweiten Betätigungskolben 78 zugeordnete zweite Druckkammer 82 in radialer Richtung 10 nach innen und in axialer Richtung 6 zur Seite durch den ersten Betätigungskolben 76 begrenzt ist. Mithin kann bei dieser Ausführungsform mittels eines erhöhten Hydraulikdrucks innerhalb der zweiten Druckkammer 82 eine in axiale Richtung 4 auf den ersten Betätigungskolben 76 wirkende Rückstellkraft erzeugt werden. Auch ist im Gegensatz zu der dritten Ausführungsform bei der vierten Ausführungsform nach den 10 bis 12 wiederum das zuvor erwähnte Verhältnis zwischen den Kolbenwirkflächen 84, 86 hergestellt, nach dem die Kolbenwirkfläche 86 kleiner als die Kolbenwirkfläche 84 ausgebildet ist, zumal die Aufrechterhaltung der Kopplungsstellung der formschlüssig arbeitenden zweiten Kupplung 36 eine geringere Betätigungskraft erforderlich macht. Im Übrigen wirkt auch hier der zweite Betätigungskolben 78 mit dem Kopplungselement 54 zusammen, das wiederum einstückig mit dem zweiten Betätigungskolben 78 ausgebildet ist und die vorstehend genannten Fenster 92 zum Hindurchgreifen der Betätigungsfinger 90 des ersten Betätigungskolbens 76 aufweist.
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In der ersten, zweiten und vierten Ausführungsform ist das Kopplungselement 54 einstückig mit dem zweiten Betätigungskolben 78 bzw. dem gemeinsamen Betätigungselement 58 ausgebildet. Es sei jedoch angemerkt, dass das Kopplungselement 54 in diesen Ausführungsformen grundsätzlich auch separat von dem zweiten Betätigungskolben 78 oder dem gemeinsamen Betätigungselement 58 ausgebildet sein kann. Bei der dritten Ausführungsform nach den 7 bis 9 ist das Kopplungselement 54 separat von dem zweiten Betätigungskolben 78 bzw. dem zweiten Betätigungselement 74 ausgebildet, um die Montage zu vereinfachen. Im Rahmen der Montage kann das separate Kopplungselement 54 jedoch auch an dem zweiten Betätigungselement 74 befestigt werden, nachdem das erste Betätigungselement 72 in dessen Sollposition überführt wurde.
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Darüber hinaus kann in den vorangehende beschriebenen Ausführungsformen dem gemeinsamen Betätigungselement 58 oder dem ersten Betätigungselement 72 oder/und zweiten Betätigungselement 74 eine Rückstelleinrichtung zum Zurückstellen desselben zugeordnet sein, wobei die Rückstelleinrichtung vorzugsweise mindestens ein elastisches Rückstellelement, besonders bevorzugt ein Federelement, aufweist. Auf die Darstellung der Rückstelleinrichtung wurde jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Drehmomentübertragungsvorrichtung
- 4
- axiale Richtung
- 6
- axiale Richtung
- 8
- radiale Richtung
- 10
- radiale Richtung
- 12
- Umfangsrichtung
- 14
- Umfangsrichtung
- 16
- Drehachse
- 18
- Gehäuse
- 20
- Gehäuseinnenraum
- 22
- Planetenradgetriebe
- 24
- Sonnenrad
- 26
- Hohlrad / zweite Komponente
- 28
- Planetenradträger / erste Komponente
- 30
- Planetenrad
- 32
- Kupplungseinrichtung
- 34
- erste Kupplung
- 36
- zweite Kupplung
- 38
- Lamellenpaket
- 40
- erste Lamelle
- 42
- zweite Lamelle
- 44
- erster Lamellenträger
- 46
- erste Drehmitnahmekontur
- 48
- zweiter Lamellenträger
- 50
- zweite Drehmitnahmekontur
- 52
- Endscheibe
- 54
- Kopplungselement
- 56
- Drehmitnahmekontur
- 58
- gemeinsames Betätigungselement
- 60
- Zylinder
- 62
- Verzahnung
- 64
- Verzahnung
- 66
- Druckkammer
- 68
- Gegendruckkammer
- 70
- Rückstellfeder
- 72
- erstes Betätigungselement
- 74
- zweites Betätigungselement
- 76
- erster Betätigungskolben
- 78
- zweiter Betätigungskolben
- 80
- erste Druckkammer
- 82
- zweite Druckkammer
- 84
- Kolbenwirkfläche
- 86
- Kolbenwirkfläche
- 88
- Drehmitnahmekontur
- 90
- Betätigungsfinger
- 92
- Fenster
