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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nabenbaugruppe für eine Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere einen hydrodynamischen Drehmomentwandler eines Fahrzeugs, umfassend eine Turbinennabe, an der mittels einer Mehrzahl von Schweißnieten wenigstens eine Gegenscheibe drehfest angeordnet ist.
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Bei Kraftübertragungsvorrichtungen für den Einsatz in Kraftfahrzeugen als kombinierte Anfahr- und Überbrückungseinheit mit einer, einer hydrodynamischen Komponente und einer schaltbaren Kupplungseinrichtung im Kraftfluss nachgeordneten Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen ist es in Abhängigkeit der Ausführung der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen erforderlich, den Ausgang der hydrodynamischen Komponente, insbesondere ein Turbinenrad mit dem Eingangsteil, insbesondere einer Mitnehmerscheibe der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen drehfest zu verbinden. Diese Verbindung wird in der Regel über ein Zwischenelement in Form einer Turbinenradnabe realisiert. Dabei erfolgt die Zentrierung zwischen der Turbinenradnabe und einem scheibenförmigen Element in Form der Gegenscheibe in der Regel erst bei Ausbildung der drehfesten Verbindung dieser. Beide Bauteile sind dabei vor der Befestigung gegeneinander spielbehaftet bewegbar. Daraus ergibt sich eine ungenügende Positionsgenauigkeit der Lage der beiden miteinander zu fügenden Bauteile zueinander. Die Montage des Turbinenrades an einer Gegenscheibe der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen erfolgt dabei durch Stoff- und/oder Formschluss unlösbar miteinander, insbesondere Verschweißen oder Vernieten.
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Eine Verbindung zweier Bauteile mittels eines stoffschlüssig mit einem der zu verbindenden Bauteile verbundenen Verbindungselementes in Form eines Bolzens und dessen plastischer Verformung ist aus der Druckschrift
WO 2006/084609 vorbekannt.
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Eine Verbindung eines Eingangsteils der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen mit einer Turbine, bei welcher die Zentrierung durch die eigentliche Befestigung erfolgt, ist in der Druckschrift
WO 2007/147464 beschrieben. Das Eingangsteil der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen und das Turbinenrad werden auf einer Nabe spielbehaftet vorzentriert und anschließend durch einem kombinierten Schweiß-Nietprozess miteinander einschließlich der Nabe verbunden. Gegenüber diesem auch als Pressnieten bezeichneten Verfahren kann die Position des Eingangsteils der Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen zum Turbinenrad nicht ausreichend genau durch die Nietverbindung selbst erzeugt werden. Aufgrund der eingeschränkten Verbindungsfestigkeit bei Versatz der Nietlöcher zueinander ist eine aufwendige Vorzentrierung der Bauteile erforderlich. Zur Einschränkung des Spiels zwischen dem Dämpfereingangsteil und der Nabe muss das Dämpfereingangsteil daher bisher kostenaufwendig am Innendurchmesser bearbeitet werden. Dies verbessert zwar das Spiel, nicht jedoch oder nur bedingt die Positionsgenauigkeit des Innendurchmessers zum Nietlochbild, was zur Einschränkung der Festigkeit der Verbindung führen kann.
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Der Nachteil der genannten Ausführungen besteht im Wesentlichen im erhöhten Fertigungs- und/oder Bearbeitungsaufwand für die Fügeflächen. Bei Positionsabweichungen ergeben sich durch die stoff- und/oder formschlüssigen Verbindungen ferner Verzüge an den Bauteilen. Auch gestaltet sich die Montage zur Einhaltung der erforderlichen Positionsgenauigkeit sehr aufwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Nabenbaugruppe mit einer spielfreien Verbindung zwischen zwei koaxial zueinander anzuordnenden Bauteilen, insbesondere einer Turbinennabe und einem scheibenförmigen Gegenscheibe derart weiterzuentwickeln, dass eine spielfreie Zentrierung zwischen diesen gewährleistet ist und die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der zu fügenden Bauteile eingehalten werden können. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven fertigungstechnischen Aufwand auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nabenbaugruppe für eine Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere einen hydrodynamischen Drehmomentwandler eines Fahrzeugs, umfassend eine Turbinennabe, an der mittels einer Mehrzahl von Schweißnieten wenigstens eine Gegenscheibe drehfest angeordnet ist, wobei die Turbinennabe zylinderringförmig ausgebildet ist und auf ihrer zur Gegenscheibe hin gerichteten Stirnfläche aus dieser axial herausragende Positionierelemente aufweist, welche in korrespondierende Positionieröffnungen einer Gegenscheibe eingreifen, so dass zumindest in Umfangsrichtung die Lage der Turbinennabe relativ zur Gegenscheibe definiert ist und das die Turbinennabe auf ihrer der Gegenscheibe abgewandten Stirnfläche eine Mehrzahl an Vertiefungen zur Zentrierung der Turbinennabe gegenüber in die Vertiefungen eingreifender Montagestifte eines Montagewerkzeugs aufweist.
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Die erfindungsgemäße Nabenbaugruppe stellt eine spielfreie Verbindung zwischen zwei koaxial zueinander anzuordnenden Bauteilen, nämlich der Turbinennabe und der Gegenscheibe bereit, indem eine spielfreie Zentrierung zwischen diesen über die Montagestifte eines axial versetzbaren Montagewerkzeugs gewährleistet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Gegenscheibe eine Turbinenradscheibe ist. Die Turbinenradscheibe ist Teil eines Drehmomentwandlers, der insbesondere die Funktion hat, beim Anfahren des Fahrzeugs das motorseitig erzeugte Drehmoment möglichst ruckfrei und verstärkt bis zum annähernden Gleichlauf von Motor und Antrieb zu übertragen. Er dient als hydraulische Anfahrkupplung und als zusätzliche Übersetzung, welche dem Getriebe vorgeschaltet ist, so dass zum Anfahren ein höheres Drehmoment bereitgestellt wird. Die Übersetzung im Wandler arbeitet stufenlos. Dabei wird das von der Antriebseinheit gelieferte Drehmoment in der Regel so gewandelt, dass bei niedriger Drehzahl des Motors ein großes Drehmoment bereitgestellt wird, während bei höherer Drehzahl des Motors keine Drehmomentverstärkung vorhanden ist. Da die Kraftübertragung hydraulisch erfolgt, ist das Anfahren sehr weich und damit auch materialschonend.
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Ein Drehmomentwandler besteht mindestens aus einem Pumpenrad, einem Turbinenrad sowie einem Leitrad, deren Aufbau und Funktion nachfolgend erläutert wird.
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In dem Drehmomentwandler befindet sich antriebs- oder eingangsseitig das als Schaufelrad ausgebildetes Pumpenrad und abtriebsseitig das als Schaufelrad ausgebildetes Turbinenrad, wobei zwischen diesen das in der Regel mit einem Freilauf versehene Leitrad angeordnet ist. Das Pumpenrad ist mit dem antreibenden Motor und das abtriebsseitige Turbinenrad mit dem Getriebe gekoppelt.
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Pumpenrad, Turbinenrad und Leitrad laufen in einem Hydraulikfluid-Bad, wobei durch die Rotation des von dem Motor angetriebenen Pumpenrades das Hydraulikfluid aufgrund der Zentrifugalkräfte, welche mit steigender Rotationsgeschwindigkeit des Pumenrades zunehmen, nach außen und entlang der Gehäusewand des Drehmomentwandlers zum Turbinenrad strömt. Das Hydraulikfluid trifft auf das Turbinenrad und versetzt dieses in eine Drehbewegung, die gleichsinnig zur Drehung des Pumpenrads ist.
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Dem Pumpenrad gegenüber steht ein Turbinenrad welches im Grunde ein umgekehrtes Pumpenrad ist. Im Turbinenrad sind die Turbinenradschaufeln entsprechend umgekehrt angebracht. Mit den Turbinenradschaufeln wird die Energie des Hydraulikfluids welches vom Pumpenrad beschleunigt wird aufgenommen. Das Pumpenrad überträgt somit Energie auf das Turbinenrad mittels des durch das Pumpenrad beschleunigten Hydraulikfluids.
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Beim Turbinenrad sind die Turbinenradschaufeln so angeordnet, dass das Hydraulikfluid nach innen befördert wird wonach es erneut in den inneren teil des Pumpenrads gelangen kann und der hydraulische Kreislauf so geschlossen wird.
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Es werden beim Drehmomentwandler grundsätzlich wenigstens zwei Betriebsbereiche unterschieden: Den Wandlerbereich mit nennenswerten Drehzahlunterschieden zwischen Pumpen und Turbinenrad und den Kupplungsbereich mit sehr geringen Drehzahlunterschieden.
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Zunächst wird der Wandlerbereich näher erläutert. Generiert der Motor beim Anfahren eine höhere Drehzahl des Pumpenrades, wird das Turbinenrad durch den entstehenden Hydraulikfluidstrom angetrieben. Dabei dreht sie das Turbinenrad in dieser Phase weitaus langsamer als das Pumpenrad zum einen durch Verluste zum anderen aber weil es Leitrad einen gewollten Stau des Hydraulikfluidstroms verursacht welcher zu einer geringeren Drehzahl des Turbinenrads führt jedoch auch zu einem höheren Drehmoment am Turbinenrad. Eine Steigerung des Drehmoments ist insbesondere beim Anfahren von großer Bedeutung. Das Leitrad steht im Wandlerbereich des Drehmomentwandlers fest.
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Ist die Anfahrphase des Fahrzeugs abgeschlossen, wechselt der Drehmomentwandler aus seinem Wandlerbereich in seinen Kupplungsbereich, bei dem Pumpenrad und Turbinenrad annähernd die gleiche Drehzahl und das gleiche Drehmoment besitzen. Das Leitrad dreht sich hierbei durch eine entsprechend ausgeführte Freilaufeinrichtung mit.
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Die Funktion des Turbinenrades ist es, das vom Pumpenrad beschleunigte Hydraulikfluid mittels am Turbinenrad ausgeformte Turbinenradschaufeln aufzunehmen, in ein Drehmoment an der Turbinenradwelle zu wandeln und das Hydraulikfluid nach innen und aus dem Turbinenrad heraus und dem Pumpenrad zuzuführen.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Schweißnieten mittels Widerstandschweißen mit der Turbinennabe verbunden sind. Hierzu können insbesondere auch die Montagestifte bestrombar ausgebildet sein und im Montageprozess die Schweißnieten mittels Widerstandsschweißen mit der Turbinennabe stoffschlüssig verbinden.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Gegenscheibe eine über ihren Umfang verteile Mehrzahl an sich radial erstreckender Langlöcher aufweist, wobei wenigstens eine Gruppe der Langlöcher als Positionieröffnungen zur Aufnahme der Positionierelemente vorgesehen sind.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass ein Aufwurf auf der der Vertiefung abgewandten Stirnfläche aus dieser axial herausragt. Dies kann beispielsweise durch Verstemmen oder auch Tiefziehen der Turbinennabe realisiert sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Nabenbaugruppe in einer Axialschnittansicht,
- 2 eine erste Ausführungsform einer Nabenbaugruppe in einer Axialschnittansicht,
- 3 eine erste Ausführungsform einer Nabenbaugruppe in einer ersten stirnseitigen Ansicht,
- 4 eine erste Ausführungsform einer Nabenbaugruppe in einer zweiten stirnseitigen Ansicht,
- 5 eine erste Ausführungsform einer Turbinennabe in beiden stirnseitigen Ansichten,
- 6 eine zweite Ausführungsform einer Turbinennabe in einer stirnseitigen Ansicht,
- 7 eine dritte Ausführungsform einer Turbinennabe in einer stirnseitigen Ansicht und
- 8 eine dritte Ausführungsform einer Turbinennabe in einer stirnseitigen Ansicht.
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Die 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Nabenbaugruppe 10, anhand derer die grundsätzliche Funktionsweise näher erläutert wird. eine besonders vorteilhafte Anwendung einer erfindungsgemäßen spielfreien Verbindung 1 für den Einsatz in einer Kraftübertragungsvorrichtung 19 zur Anwendung in Fahrzeugen zur Kopplung einer Vorrichtung 21 zur Dämpfung von Schwingungen mit einer Nabe 4, welche beispielhaft von einer Turbinennabe 3 einer hydrodynamischen Komponente in Form eines hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers 2 gebildet wird.
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Die Kraftübertragungsvorrichtung 19 umfasst zumindest einen hier nicht dargestellten Eingang und einen Ausgang, wobei zwischen diesen im Kraftfluss in der dargestellten Ausführung zumindest ein Anfahrelement in Form einer hydrodynamischen Komponente 2 vorgesehen ist und eine Einrichtung zur zumindest teilweisen Überbrückung des Kraftflusses über die hydrodynamische Komponente in Form einer schaltbaren Kupplungseinrichtung, wobei von dieser lediglich der Kupplungsausgang 28 in Form eines Lamellenträgers angedeutet ist.
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Die hydrodynamische Komponente der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist beispielhaft als hydrodynamischer Drehzahl-/Drehmomentwandler 2 ausgeführt, umfassend ein hier nicht dargestelltes Pumpenrad, welches wenigstens mittelbar drehfest mit dem Eingang der Kraftübertragungsvorrichtung 19 oder einem drehfest mit diesem gekoppelten Element verbunden ist, und ein Turbinenrad T, das mit dem Pumpenrad den Arbeitsraum bildet.
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Im Kraftfluss ist die Vorrichtung 21 zur Dämpfung von Schwingungen der zwischen Eingang und Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung 19 angeordneten Kupplungseinrichtung und hydrodynamischen Komponente 2 nachgeordnet. Die Vorrichtung 21 kann verschiedenartig ausgeführt sein und umfasst zumindest zwei miteinander über Mittel zur Drehmomentübertragung und Mittel zur Dämpfungskopplung miteinander gekoppelte Dämpferteile, ein Eingangsteil 22 und ein Ausgangsteil 23, die in Umfangsrichtung relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind. Das Eingangsteil 21 umfasst zwei in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnete und drehfest verbundene Mitnehmerscheiben 22.1, 22.2, wobei die Mitnehmerscheibe 22.1 drehfest mit dem Turbinenrad T der hydrodynamischen Komponente 20 verbunden ist, während die Mitnehmerscheibe 22.2 drehfest mit dem Kupplungsausgang 28 verbunden ist. Das Ausgangsteil 23 der Vorrichtung 21 zur Dämpfung von Schwingungen wird von einem in axialer Richtung zwischen den Mitnehmerscheiben 22.1, 22.2 angeordneten Dämpferflansch gebildet, welcher mit einer mit dem Ausgang der Kraftübertragungsvorrichtung 19, insbesondere einer hier nicht dargestellten Getriebeeingangswelle drehfest verbundenen Dämpfernabe 26 verbunden ist.
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Die Verbindung zwischen der Turbinenradscheibe 24 und dem Eingangsteil 22, insbesondere der Mitnehmerscheibe 22.1 der Vorrichtung 20 erfolgt mittels formschlüssiger Verbindungselemente 27, insbesondere Nieten.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik schlägt die Erfindung nun eine verbesserte Nabenbaugruppe 10 vor, welche in den nachfolgenden Figuren näher erläutert wird.
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Die Figur zeigt ein Nabenbaugruppe 10 für eine Drehmomentübertragungseinrichtung 1, insbesondere einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 2 eines Fahrzeugs, umfassend eine Turbinennabe 3, an der mittels einer Mehrzahl von Schweißnieten 4 wenigstens eine Gegenscheibe 8 drehfest angeordnet ist, wobei die Turbinennabe 3 zylinderringförmig ausgebildet ist und auf ihrer zur Gegenscheibe 8 hin gerichteten Stirnfläche 5 aus dieser axial herausragende Positionierelemente 6 aufweist, welche in korrespondierende Positionieröffnungen 7 einer Gegenscheibe 8 eingreifen, so dass zumindest in Umfangsrichtung die Lage der Turbinennabe 3 relativ zur Gegenscheibe 8 definiert ist und das die Turbinennabe 3 auf ihrer der Gegenscheibe 8 abgewandten Stirnfläche 9 eine Mehrzahl an Vertiefungen 11 zur Zentrierung der Turbinennabe 3 gegenüber in die Vertiefungen 11 eingreifender Montagestifte 12 eines Montagewerkzeugs 13 aufweist.
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In der 2 ist ein Montagezustand der Nabenbaugruppe 10 gezeigt, bei dem die Montagestifte axial von links kommend gegen die Turbinennabe 3 drücken und über die Vertiefungen 11 gegenüber den Montagestiften 12 zentriert werden. Über die Montagestifte 12 werden die Schweißnieten 4 mittels Widerstandschweißen mit der Turbinennabe 3 verbunden. Nach erfolgter Verschweißung werden die Montagestifte 12 axial aus der Kraftübertragungsvorrichtung 19 herausgezogen. Die Gegenscheibe 8 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Turbinenradscheibe 24.
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Für den axialen Durchgriff der Montagestifte 12 durch die Kraftübertragungsvorrichtung 19 sind in dieser umfänglich verteilt angeordnete Positionieröffnungen 7 vorgesehen. Auch der Kupplungsausgang 28 weist zum Durchgriff der Montagestifte 12 während der Montage eine über seinen Umfang verteile Mehrzahl an sich radial erstreckender Langlöcher 14 auf, wobei wenigstens eine Gruppe der Langlöcher 14 ebenfalls als Positionieröffnungen 7 zur Aufnahme der Positionierelemente 6 vorgesehen sind, was auch gut anhand der Darstellung der 4 ersichtlich ist.
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In 4, die eine stirnseitige Ansicht der Nabenbaugruppe 10 von links aus der 2 zeigt, sind insgesamt sechs Langlöcher 14 dafür vorgesehen, von den Montagestiften 12 durchgriffen und mit den Vertiefungen 11 in Eingriff gebracht zu werden, wodurch die entsprechende Zentrierung der Bauteile bewirkt wird. 3 zeigt eine stirnseitige Ansicht der Nabenbaugruppe 10 von rechts aus der 2.
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Die 5-8 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Turbinennabe 3.
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In der in der 5 gezeigten Ausführungsform sind beide Stirnseiten 5,9 der Turbinennabe übereinander abgebildet. Man erkennt gut, dass die Stirnfläche 9 eine Mehrzahl an umfänglich verteilten Vertiefungen 11 zur Zentrierung der Turbinennabe 3 und auf der gegenüberliegenden Stirnfläche 5 aus dieser axial herausragende Positionierelemente 6 aufweist. Die 5 zeigt des Weiteren, dass ein Aufwurf 15 auf der der Vertiefung 11 abgewandten Stirnfläche 5 aus dieser axial herausragt, der durch das Ausbilden der gegenüberliegenden Vertiefung 11 und der damit verbundenen Materialverdrängung gebildet ist.
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Die 6-8 zeigen verschiedene Ausbildungsvarianten der Vertiefung 11. In dem Ausführungsbeispiel der 6 sind die Vertiefungen 11 zylinderförmig ausgebildet, so dass diese insbesondere für zylindrisch ausgeführte Montagestifte 12 vorgesehen sind. 7 zeigt Vertiefungen 11, die konusartig ausgebildet sind. Diese Ausführung kann insbesondere in Verbindung mit an ihrem stirnseitigen Ende halbkugelförmig ausgeführten Montagestifte 12 verwendet werden. In der Ausgestaltungsvariante der 8 sind die Vertiefungen 11 mit einem inneren Kegel versehen. Es versteht sich, dass die entsprechenden in die Vertiefungen 11 eingreifenden Montagestifte 12 eine zur Geometrie der Vertiefung 11 korrespondierende Kontur aufweisen, die eine spielfreie Zentrierung der entsprechenden Bauteile erlaubt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 2
- Drehmomentwandler
- 3
- Turbinennabe
- 4
- Schweißnieten
- 5
- Stirnfläche
- 6
- Positionierelemente
- 7
- Positionieröffnungen
- 8
- Gegenscheibe
- 9
- Stirnfläche
- 10
- Nabenbaugruppe
- 11
- Vertiefungen
- 12
- Montagestifte
- 13
- Montagewerkzeug
- 14
- Langlöcher
- 15
- Aufwurf
- 19
- Kraftübertragungsvorrichtung
- 21
- Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen
- 22
- Mitnehmerscheiben/ Eingangsteil
- 24
- Turbinenradscheibe
- 26
- Dämpfernabe
- 27
- Verbindungselemente
- 28
- Kupplungsausgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/084609 [0003]
- WO 2007/147464 [0004]
