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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsscheibe für eine Kraftfahrzeug-Reibungskupplung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Kupplungsscheibe ist bereits mit der
DE 32 44 788 C2 und der gegenüber der vorliegenden Erfindung nachveröffentlichten
DE 198 00 710 A1 bekannt geworden. Die dort beschriebenen Kupplungsscheiben umfassen zunächst eine mit einer Getriebeeingangswelle drehfest koppelbare Nabe und in einem radial äußeren Bereich der Kupplungsscheibe angeordnete Reibbeläge, welche in einer im Wesentlichen orthogonal zu einer Nabendrehachse stehenden Ebene liegen. Weiterhin ist dabei eine Verbindungsanordnung vorgesehen, durch welche die Reibbeläge der Kupplungsscheibe derart mit der Nabe verbunden sind, dass die Reibbeläge eine Radialbewegung bezüglich der Nabendrehachse und eine Kippbewegung bezüglich der Ebene durchführen können. Die Verbindungsanordnung umfasst noch weiter einen im Drehmomentübertragungsweg zwischen der Nabe und den Reibbelägen angeordneten Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite, welche bezüglich einander in Radialrichtung verlagerbar sind und wobei wenigstens eine der Seiten von Eingangsseite und Ausgangsseite bezüglich der Ebene und der jeweils anderen Seite verkippbar ist und wobei die Radialverlagerbarkeit bzw. die Taumelbewegbarkeit durch elastische Verformung einer die Eingangsseite und die Ausgangsseite koppelnden Koppelanordnung ermöglicht ist.
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Im Fahrzeugbau tritt häufig bei quer eingebauten Antriebsaggregaten das Problem auf, daß eine Getriebeeingangswelle nicht mehr in einem Pilotlager in der Kurbelwelle gelagert ist und somit bezüglich der Kurbelwelle zentriert ist.
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Folge daraus ist, daß geringe Achsversätze und Taumelbewegungen im Betrieb auftreten können, welche durch den unrunden Lauf der Kurbelwelle beziehungsweise des an dieser festgelegten Schwungrads induziert werden.
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Bei Einsatz starrer Kupplungsscheiben, bei welchen die Reibbeläge im wesentlichen starr mit der Nabe der Kupplungsscheibe gekoppelt sind, entsteht durch den Achsversatz beziehungsweise die Taumelbewegung häufig das Problem eines übermäßigen Verschleißes im Bereich des Nabenprofils beziehungsweise des Getriebeeingangswellenprofils, beziehungsweise es besteht das Problem, daß die Schweißung oder Verstemmung zwischen der Nabe und der die Reibbeläge tragenden Mitnahmescheibe bricht. Ferner werden die Lager beispielsweise im Zwei-Massen-Schwungrad und im Getriebe stärker belastet und es tritt häufig eine schlechte Schwingungsentkopplung auf, die zu wechselnden Leerlaufzuständen führen kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Kupplungsscheibe derart weiterzubilden, daß im Betrieb auftretende Taumelbewegungen oder Achsversätze in zuverlässiger Art und Weise ausgeglichen beziehungsweise kompensiert werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer gattungsgemäßen Kupplungsscheibe die Eingangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers von einer Mitnahmescheibe gebildet ist, welche mit der Nabe über Verzahnungen in Eingriff steht, wobei zwischen diesen Verzahnungen ein Umfangsbewegungs- und ein Radialbewegungsspiel vorgesehen ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben.
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Es zeigt:
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1 eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe;
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2 eine Kupplung, welche eine weitere Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe enthält;
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3 eine axiale Teilansicht der Kupplungsscheibe der 2 im Bereich des Torsionsschwingungsdämpfers;
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4 eine Längsschnittansicht, welche eine weitere Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe zeigt;
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4a eine Abwandlung der in 4 dargestellten Ausgestaltungsform;
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4b eine Axialansicht der Kupplungsscheibe der 4a.
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Die 1 zeigt eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe 10l, die hier in Verbindung mit einem Zwei-Massen-Schwungrad 106l bekannten Aufbaus dargestellt ist. Die hier in Verbindung mit der Getriebeeingangswelle 108l gezeigte Kupplungsscheibe 10l weist eine Mitnahmescheibe 18l auf, die an einem radial innen liegenden zylindrischen Abschnitt eine Innenverzahnung 46l aufweist, die unter Vorsehung eines Radial- und Umfangsbewegungsspiels 48l mit der Außenverzahnung 44l der Nabe 12l kämmt. Ferner ist ein Torsionsschwingungsdämpfer 110l vorgesehen. Dieser umfaßt einen mit der Nabe 12l fest verbundenen Flansch 112l, der an seinen axialen Seiten von der Mitnahmescheibe 18l einerseits und einem mit dieser fest verbundenen Deckscheibenteil 114l andererseits umgeben ist. In dem Flansch 112l, der Mitnahmescheibe 18l und dem Deckscheibenteil 114l sind jeweilige Federfenster mit Steuerkanten 116l, 118l, 120l für die Federn 122l einer Dämpfungsfederanordnung vorgesehen, wobei die Federn 122l in an sich bekannter Weise sich näherungsweise in Umfangsrichtung erstrecken. Der Torsionsschwingungsdämpfer 110l kann ein Leerlaufdämpfer sein, welcher bei Einleitung geringer Drehmomente eine Relativverdrehbarkeit zwischen der Mitnahmescheibe 18l und der Nabe 12l in vorbestimmtem Ausmaß unter Kompression der Federn 122l ermöglicht. Um nun auch die Radialbewegbarkeit beziehungsweise Verkippbarkeit der Mitnahmescheibe 18l bezüglich der Nabe 12l zu ermöglichen, können folgende Maßnahmen getroffen werden:
- 1. Die Steuerkanten 116l, 120l der Mitnahmescheibe 18l beziehungsweise des Deckscheibenteils 114l sind in ihrer näherungsweise radial verlaufenden Erstreckungsrichtung so lange, daß die Federn 122l bei auftretender Relativverlagerung zwischen der Mitnahmescheibe 18l und der Nabe 12l sich entlang dieser Steuerkanten 116l beziehungsweise 120l verschieben können und dabei beispielsweise an der Steuerkante 118l festgelegt sind;
- 2. Die Steuerkante 118l ist in ihrer näherungsweise radialen Erstreckungsrichtung so lange, daß bei Auftreten der angesprochenen Relativverlagerung die Federn 122l sich an dieser Steuerkante 118l verschieben können;
- 3. Sowohl die Steuerkanten 116l als auch die Steuerkanten 120l sind in ihrer Erstreckungsrichtung so lange, daß die Federn 122l sich an diesen jeweils in der radialen Richtung oder näherungsweise radialen Richtung verschieben können, wenn die Mitnahmescheibe 118l sich in radialer Richtung oder im Sinne einer Kippbewegung bezüglich der Nabe 12l verlagert.
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Man erkennt, daß zur Ermöglichung dieser radialen Verschiebung beziehungsweise der Taumelbewegung keine zusätzlichen Komponenten vorgesehen werden müssen. Dies ist allein aufgrund der Ausgestaltung der jeweiligen Steuerkanten des Torsionsschwingungsdämpfers 110l ermöglicht.
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Die dargestellte Ausgestaltungsform ist besonders daher vorteilhaft, da mit dieser im Bereich geringer Last oder Drehmomente die angesprochenen Relativbewegungen auftreten beziehungsweise ermöglicht werden können. Insbesondere in diesem Bereich geringer Drehmomente sind derartige Bewegungen zu erwarten; bei höheren Drehmomenten zentriert sich die Kupplungsscheibe im allgemeinen selbst beziehungsweise die dann auftretenden Reibkräfte sind so hoch, daß eine Relativbewegung nicht auftreten kann. Es kann somit insbesondere in diesem kritischen Bereich geringer Drehmomente das Auftreten von Verschleiß im Bereich verschiedener Komponenten ausgeschlossen oder zumindest deutlich vermindert werden. Auch kann durch geeignete Auslegung der Dämpferkennlinie ein Getrieberasseln im Leerlauf vermieden oder zumindest deutlich gemindert werden.
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Die 2 und 3 zeigen eine Abwandlung, bei welcher der Torsionsschwingungsdämpfer 110m nicht mehr im radial inneren Bereich, sondern nunmehr im radial äußeren Bereich liegt und ferner unmittelbar in den axialen Bereich der Mitnahmescheibe 18m beziehungsweise des Nabenflansches 112m integriert ist. Der Nabenflansch 112m weist eine Außenverzahnung 124m auf, mit welcher eine Innenverzahnung der Mitnahmescheibe 18m wieder derart kämmt, daß ein Bewegungsspiel sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung vorgesehen ist. Dies ist insbesondere in der Darstellung der 3 erkennbar. Hier kann davon gesprochen werden, daß die Teile 18m und 112m eine zweigeteilte Mitnahmescheibe bilden.
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Die Federn 122m des Torsionsschwingungsdämpfers 110m sind in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei Zähnen 128m der Verzahnung 126m angeordnet beziehungsweise zwischen diesen Zähnen eingespannt. In diesem Bereich ist an der Nabe beziehungsweise dem Nabenflansch 112m kein Zahn der Außenverzahnung vorgesehen. Zur Abstützung an den Zähnen 130m der Außenverzahnung 124m ist ein Mitnahmeelement 132m vorgesehen, das in Achsrichtung symmetrisch aufgebaut ist, wobei in 3 nur die an einer axialen Seite liegenden Abschnitte erkennbar sind. Das Mitnahmeelement 132m umfaßt an beiden Seiten der Federn 122m jeweils trichterförmige Mitnahmelappen 134m, die sich an den Federn 122m beidseits der Mitnahmescheibe 18m abstützen und die ferner mit axial abgebogenen und nicht erkennbaren Lappen an den Zähnen 130m der Außenverzahnung 124m abgestützt sind. Diese Mitnahmelappen 134m sind durch einen radial innerhalb der Federn 122 verlaufenden Verbindungssteg 136m verbunden. Tritt eine Relativdrehung zwischen dem Nabenflansch 112m und der Mitnahmescheibe 18m auf, so stützen sich die Federn 122m in einem ihrer Endbereiche an einem Zahn 128m der Innenverzahnung 126m direkt ab und in ihrem anderen Endbereich an einem Zahn 130m der Außenverzahnung 124m über die zugehörigen Mitnahmelappen 134m des Mitnahmeelements 132m.
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Auch aufgrund dieser Ausgestaltung ist wieder eine Relativverschiebbarkeit in radialer Richtung und eine Taumelbewegung ermöglicht, wobei zur Erleichterung dieser Bewegung die einzelnen Verzahnungen mit balliger Oberflächenform der Zähne 128m beziehungsweise 130m ausgebildet sein können.
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Ferner sind an den Scheiben 18m Zentrierfedern 140m, 142m vorgesehen, welche diese axial bezüglich des Nabenflansches 112m zentrieren.
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Die in den 2 und 3 dargestellte Ausgestaltungsart ist besonders dann vorteilhaft, wenn nur wenig axialer Bauraum zur Verfügung steht, insbesondere wenn im inneren Bereich der Kupplungsscheibe Durchtrittsöffnungen vorzusehen sind, durch welche hindurch die in 2 erkennbaren Schrauben 138m zu führen sind, mit welchen ein Schwungrad an eine Kurbelwelle anzuschrauben ist.
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Die 4 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsscheibe 10n. Die Mitnahmescheibe 18n und die Nabe 12n stehen jeweils wieder über Verzahnungen 46n beziehungsweise 44n in Eingriff, wobei, ebenso wie vorangehend beschrieben, zwischen diesen Verzahnungen ein Umfangsbewegungsspiel und ein Radialbewegungsspiel vorgesehen ist. Mit der Nabe 12n sind Deckscheiben 150n, 152n fest verbunden, welche jeweilige Fenster mit Steuerkanten oder Anlagebereichen 154n, 156n aufweisen. Diesen Öffnungen zugeordnet weist die Mitnahmescheibe 18n eine Öffnung 162n auf, welche wiederum jeweilige Steuerkanten 116n oder Anlagebereiche bildet. Jedem Satz von Steuerkanten oder Anlagebereichen 154n, 158n, 116n, d. h. den diese Bereiche bildenden Öffnungen zugeordnet ist ein elastisches Element 158n vorgesehen, welches durch seine elastische Verformbarkeit eine Relativumfangsbewegung zwischen der Mitnahmescheibe 18n und den Deckscheiben 150n, 152n und somit der Nabe 12n ermöglicht, und weiterhin aufgrund seiner Elastizität eine Radialverlagerbarkeit der Mitnahmescheibe 18n bezüglich der Nabe 12n beziehungsweise eine Verkippung im Sinne einer Taumelbewegung ermöglicht.
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Die elastischen Elemente 158n können beispielsweise durch sich näherungsweise in Umfangsrichtung erstreckende Federn gebildet sein, wobei hier, so wie vorangehend angesprochen, im Bereich der jeweiligen Steuerkanten 154n, 156n, 116n eine bestimmte Verlagerbarkeit in radialer Richtung vorgesehen sein kann, oder die elastischen Elemente 158n können beispielsweise aus Gummi oder einem anderen elastisch verformbaren Material gebildete, z. B. massive Körper sein. Beispielsweise ist es möglich, daß die elastischen Elemente 158n kugelartig ausgebildet sind und daß die Anlagebereiche 154n, 156n durch entsprechend kugelförmige oder kalottenartige Oberflächenbereiche gebildet sind, an welchen die jeweiligen kugelförmigen Elemente 158n sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung gehalten sind. Auch hier kann, wie in der 4 dargestellt, durch Vorsehen eines bestimmten Zwischenraums zwischen den elastisch verformbaren Elementen 158n und den Anlagebereichen die Relativbewegbarkeit weiter erleichtert werden.
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Die dargestellte Ausführungsform ist insbesondere in einem Belastungsbereich bis ca. 50 Nm in Umfangsrichtung als Torsionsschwingungsdämpfer wirksam, der sowohl Achsversätze ausgleichen kann als auch Taumelbewegungen zuläßt. Dies ist ein Belastungsbereich, der im Leerlaufbetrieb und im Teillastbetrieb auftritt. Bei größeren Drehmomenten liegt in Umfangsrichtung eine formschlüssige Drehkopplung über die Verzahnungen 44n, 46n vor. Die Relativbewegbarkeit zwischen den Verzahnungen 44n, 46n in axialer Richtung und in radialer Richtung bleibt aufgrund des weiterhin vorhandenen Bewegungsspiels in diesen Richtungen vorhanden. Dies bedeutet letztendlich, daß auch dann, wenn der Torsionsschwingungsdämpfer 110n durch die aneinander anstoßenden Verzahnungen 44n, 46n überbrückt ist, weiterhin ein Ausgleich eines Achsversatzes durch Zulassen von Taumelbewegungen ermöglicht ist. Da dabei die aneinander anliegenden Verzahnungen 44n, 46n stark belastet werden, ist es vorteilhaft, zumindest die Verzahnung 44n an der Nabe induktiv zu härten oder in sonstiger Weise verschleißschützend zu behandeln, beispielsweise mit einer Gleitmaterialschicht zu überziehen.
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Man erkennt in 4 ferner, daß eine Reibeinrichtung 160n mit jeweiligen Reibelementen beidseits der Mitnahmescheibe 18n und einer Vorspannfeder vorgesehen ist, wobei bei Vorsehen dieser Reibeinrichtung 160n darauf zu achten ist, daß diese die Radialverlagerbarkeit und die Taumelbewegbarkeit nicht beeinträchtigt. Durch geeignete Auswahl mehrerer elastisch verformbarer Elemente, welche in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend verteilt angeordnet sind, ist es möglich, eine mehrstufige Kennlinie dieses Torsionsschwingungsdämpfers 110n vorzusehen, die auch einen Leerlaufdämpferbereich beinhaltet. Die elastisch verformbaren Elemente können jedoch auch derart konfiguriert sein, daß lediglich eine Leerlaufdämpferfunktion vorgesehen wird.
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Anstelle der angesprochenen Kugelform ist es ebenso möglich, Zylinderformen für die einzelnen elastischen Körper vorzusehen oder mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete elastische Körper mit verschiedenen Formen auszubilden.
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Es sei darauf verwiesen, daß die in 4 dargestellte Ausgestaltungsform durch entsprechende Auswahl der Elastizität der Elemente 158n im wesentlichen lediglich für die Funktion zum Ermöglichen der Taumelbewegung beziehungsweise des Kompensierens eines Achsversatzes ohne des zusätzlichen Vorsehens einer Torsionsschwingungsdämpferfunktion ausgebildet werden kann.
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Es sei darauf verwiesen, daß bei den dargestellten Torsionsschwingungsdämpfern verschiedene Federarten eingesetzt werden können, so daß eine gestufte Dämpfungsfunktion erhalten wird; ferner kann eine Reibeinrichtung vorgesehen sein, welche bei Auftreten einer Relativbewegung, insbesondere Relativdrehung, zur Dämpfung beiträgt.
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Die 4a und 4b zeigen eine Abwandlung der in 4 dargestellten Ausgestaltungsform. Während bei der Ausgestaltungsform gemäß 4 die beiden Deckscheiben 150n und 152n mit der Nabe 12n beispielsweise durch Verstemmen fest verbunden waren, ist bei der Ausgestaltungsform gemäß den 4a und 4b vorgesehen, daß die beiden Deckscheiben 150n, 152n in ihrem radial inneren Bereich jeweils eine Verzahnungskonfiguration 190n, 192n aufweisen, die zur Verzahnung 44n der Nabe 12n komplementär ist. D. h. die Verzahnungen 190n, 192n kämmen mit der Zahnung 44n im wesentlichen sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung spielfrei. Im Bereich der Verzahnung 44n ist an der Nabe 12n eine Radialstufe oder ein radialer Vorsprungsbereich 194n vorgesehen, an welchem die beiden Deckscheiben 150n, 152n im Bereich ihrer Verzahnungen 190n, 192n anstoßen. D. h. der Vorsprungsbereich 194n ist axial zwischen den beiden Deckscheiben 150n, 152n gehalten. Im radial äußeren Bereich sind die Deckscheiben 150n, 152n durch entsprechende Öffnungen 196n in der Mitnahmescheibe 18n durchsetzende Nietbolzen 102n oder dergleichen fest miteinander verbunden. Es erfolgt hier also der Kraftrückschluß der beiden den Vorsprungsbereich 194n zwischen sich haltenden Deckscheiben 150n, 152n und somit die axiale Fixierung der aus den Deckscheiben 150n, 152n gebildeten Baugruppe bezüglich der Nabe 12n. Diese Art der Axialfixierung der Deckscheiben 150n, 152n an der Nabe 12n weist gegenüber der Ausgestaltungsform gemäß 4, welche eine sehr kostengünstig herzustellende Lösung darstellt, insbesondere bei Auftreten von Taumelbewegungen eine weniger belastete Konstruktion auf, da, wie vorangehend beschrieben, der Kraftrückschluß zwischen den beiden Deckscheiben 150n, 152n in deren radial äußeren Bereich erfolgt. Dies ist für die Haltbarkeit einer derartigen Verbindung sehr vorteilhaft.
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In der 4a erkennt man weiter die Reibeinrichtung 160n mit den beiden an der Mitnahmescheibe 18n anliegenden Reibringen 198n, 200n, wobei zwischen der Deckscheibe 150n und dem Reibring 198n ein Vorspannelement, beispielsweise in Form einer Tellerfeder 202n wirkt. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß hier jegliche Ausgestaltung einer Reibeinrichtung zum Einsatz kommen kann. Im radial äußeren Bereich sind die Reibbeläge 26n wieder an Belagträgern, wie zum Beispiel Belagfedern 36n, durch Vernietung getragen. Diese Belagträger oder Belagfedern 36n sind mit der Mitnahmescheibe 18n und durch eine Mehrzahl von Bolzen 204n fest verbunden.
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Ferner erkennt man in 4a und 4b, daß hier als elastische Elemente Federn 158n eingesetzt werden, die in Umfangsrichtung sich an den jeweiligen Steuerkanten 154n, 156n, 116n der Deckscheiben 150n, 152n bzw. der Mitnahmescheibe 18n abstützen. Es sei darauf hingewiesen, daß hier auch ein mehrstufiger Dämpfer dadurch gebildet werden kann, daß jeder Gruppe aus Steuerkanten 154n, 116, 156n in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend mehrere Federn 158n zugeordnet sind, die dann verschiedene Federcharakteristiken aufweisen können, so daß zunächst nur die weicheren Federn, beispielsweise zum Bilden einer Leerlaufdämpferfunktion, komprimiert werden, und dann, wenn diese vollständig oder nahezu vollständig komprimiert sind, werden die härteren Federn wirksam. Zu diesem Zwecke kann zwischen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Federn jeweils ein Abstütz- oder Gleitelement vorgesehen sein, das beispielsweise an einer Innenumfangsfläche der Mitnahmescheibe 18n in Umfangsrichtung abgleiten kann. Die Steuerkanten 154n, 156n, 116n sind derart ausgestaltet, daß sie bei Auftreten von Taumelbewegungen eine zumindest geringfügige Radial- oder/und Axialverlagerung der elastischen Elemente 158n entlang dieser Steuerkanten ermöglichen. Da auch bei dieser Ausgestaltungsform ab einer Belastung von ca. 50 Nm die Verzahnungen 44n, 46n aneinander anliegen und die Kompensation von Taumelbewegungen durch aneinander abgleitende Flächen der Verzahnungen 46n, 44n weiterhin in Axial- und Radialrichtung möglich ist, ist es auch hier vorteilhaft, zumindest die Nabe 12n im Bereich ihrer Verzahnung 44n zu härten, beispielsweise durch Induktivhärtung, oder mit einem Verschleißschutz, beispielsweise einer Gleitschicht, zu überziehen.
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Vorangehend sind Ausgestaltungsformen von Kupplungsscheiben beschrieben worden, welche im Betrieb eines Antriebssystems möglicherweise vorhandene Achsversätze zwischen der Getriebeeingangswelle und der Kurbelwelle kompensieren können und welche aufgrund des unrunden Laufs zumindest einer dieser Wellen oder aufgrund einer nicht genau parallelen Ausrichtung dieser Wellen erzeugte Taumelbewegungen ermöglichen. Es sind verschiedene Konzepte gezeigt worden, welche zum einen die elastische Verformbarkeit verschiedener Komponenten, zum anderen die Relativbewegbarkeit einzelner Bauteile bezüglich einander beinhalten, wobei das jeweilige Konzept an die im Betrieb auftretenden Belastungen und Anforderungen angepaßt ausgewählt werden kann.
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Es sei ferner darauf verwiesen, daß die angegebenen Maßnahmen zum Kompensieren eines Achsversatzes beziehungsweise zum ermöglichen der Taumelbewegung ebenso in ein Zwei-Massen-Schwungrad integriert werden können.
