DE3243968A1

DE3243968A1 - Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE3243968A1
Application number: DE19823243968
Authority: DE
Inventors: Sandanori Ohmiya Saitama Nishimura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1981-11-28
Filing date: 1982-11-27
Publication date: 1983-07-28
Also published as: FR2517406B1; CA1199556A; JPS5943670B2; GB2112880B; GB2112880A; US4613022A; FR2517406A1; JPS5894666A

Description

Patentanwalt 'y -/" Ί ^: V: .-'PlnriaterstraBeSa

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DipL-Phys. Dr. Lothar Marx u Telefon ο 89/713813

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Anwaltsakte 8001

25. Nov. 1982

Drehmomentwandle r

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen mit einem fluiden Medium arbeitenden Drehmoment- bzw. Strömungswandler für Fahrzeuge, wie beispielsweise Kraftfahrzeuge, die eine eingebaute, im EIN/AUS-Betrieb arbeitende Kupplung für den Anschluß und die Trennung eines Pumpenrades und eines Turbinenra-.des aufweist, die die mechanische Kraftübertragung von einer Motorabtriebswelle auf eine Turbinenwelle durchführt.

Es ist bereits ein mit fluidem Medium arbeitender Drehmomentwandler, der auch als "Strömungswandler" bezeichnet werden soll, vorgeschlagen worden, der eine mit einer Motorabtriebswelle verbundene Antriebsplatte, ein mit der Antriebsplatte verbundenes Pumpenrad, ein mit einer Turbinenwelle verbundenes Turbinenrad, das zwischen der Antriebsplatte und dem Pumpenrad vorgesehen ist, und eine Einweg-EIN/AUS-Kupplung für die mechanische Kraftübertragung von der Motorabtriebswelle auf die Turbinenwelle aufweist (US-Patentanmeldung Serial Nr. 318 985 vom 6. Nov. 1981). Üblicherweise wird eine Friktionskupplung als direkt kuppelnde Kupplung für einen solchen Strömungs-

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Zugelassen beim Europäischen Patentamt
European Patent Attorney

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wandler verwendet. Es ergeben sich jedoch bestimmte Vorteile, wenn statt der Friktionskupplung eine Einwegkupplung für die direkt kuppelnde Kupplung verwendet wird. Denn wenn ein mit einem solchen Drehmomentwandler ausgerüstetes Fahrzeug plötzlich abgebremst wird/ so kommt es zu einem Schlupf der Einwegkupplung, und die mechanische Übertragung einer umgekehrten Last von der Turbinenwelle auf die Motorwelle über die Einwegkupplung wird automatisch unterbrochen und auf die Kraftübertragung mittels des fluiden Mediums umgestellt, wodurch die umgekehrte Last absorbiert und dadurch die Erschütterungen aufgenommen und gedämpft werden, die während einer solchen plötzlichen Abbremsung auftreten; außerdem ergibt sich

X5 ein besserer Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs, da ein überdrehen des Motors verhindert wird, wie es bei der mechanischen übertragung der umgekehrten Last der Fall sein könnte.

Andererseits hat jedoch der oben beschriebene , mit einem fluiden Medium arbeitende Drehmomentwandler, bei dem die Einwegkupplung in den inneren Kern des Wandlers zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad eingebaut ist, verschiedene Nachteile. So treten beispielsweise Probleme bei der Unterbringung der Einwegkupplung in einem Strömungswandler mit ovaler oder elliptischer Form im Querschnitt seiner Räder auf, da ein solcher Strömungswandler eine kleinere innere Fläche des Kerns als ein herkömmlicher Wandler hat. Außerdem ist eine komplizierte Konstruktion für den Öldurch-

gO gang erforderlich, der mit der Einwegkupplung verbunden ist, da dieser öldurchgang das Pumpen- oder Turbinenrad durchlaufen muß. Außerdem steht nur wenig Raum für die Auslegung und Unterbringung der Einwegkupplung zur Verfügung, da die Einwegkupplung in dem inneren Kern vorgesehen wird, so daß sich starke Beschränkungen in Bezug auf den Durchmesser, die Kraftübertragungskapazität und die räumliche

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Anordnung des inneren Kerns des Strömungswandlers ergeben.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen mit einem fluiden Medium arbeitenden Drehmomentwandler zu schaffen, der sogar dann eine Einweg-EIN/AUS-Kupplung enthalten kann, wenn die Räder des Drehmomentwandlers, also das Turbinenrad und das Pumpenrad, eine ovale oder elliptische Querschnittsform haben.

Weiterhin soll ein mit fluidem Medium arbeitender Drehmomentwandler vorgeschlagen werden, der einen verbesserten Öldurchgang für die Verbindung zu der Einwegkupplung aufweist, um auf diese Weise die Montage des Drehmoment-Wandlers zu erleichtern; dabei soll insbesondere nicht mehr erforderlich sein, den öldurchgang durch die Räder des Wandlers zu führen.

Und schließlich soll ein mit fluidem Medium arbeitender Drehmomentwandler geschaffen werden, in den unterschiedliche Typen von Einwegkupplungen eingebaut werden können, beispielsweise mit unterschiedlicher Länge, unterschiedlichem Durchmesser und unterschiedlicher Kraftübertragungskapazität, wodurch sich vielfältige Möglichkeiten für die Auslegung eines solchen Drehmomentwandlers ergeben.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht. Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also bei einem mit einem fluiden Medium arbeitenden Drehmomentwandler mit eingebauter Einweg-EIN/AUS-Kupplung die Kraft mechanisch von einer Energieabtriebswelle zu einer Turbinen-

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welle übertragen. Diese'r Drehmomentwandler weist eine mit der Motorabtriebswelle verbundene Antriebsplatte, ein mit der Antriebsplatte verbundenes Pumpenrad und ein mit der Turbinenwelle verbundenes Turbinenrad auf, das zwischen der Antriebsplatte und dem Pumpenrad vorgesehen ist. Die Einwegkupplung befindet sich in einem Raum, der durch die Antriebsplatte und das Turbinenrad definiert ist und zwischen diesen Teilen liegt. 10

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsfofmen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen herkömmlichen Drehmomentwandler,

Fig.2. einen aus den Teilen 2A und 2B bestehenden Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Drehmomentwandlers nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Rollenbefestigung und Keilrollen, wie sie erfindungsgemäß bei einem Drehmomentwandler verwendet werden, und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Drehmomentwandlers nach der vorliegenden Erfindung. 30

Fig. 1 zeigt einen typischen, herkömmlichen Drehmoment— bzw. Strömungswandler, bei dem sich eine Kupplung f in dem Kern zwischen einem Pumpenrad c und einem Turbinenrad e befindet. Der Flüssigkeitsdurchgang g, der das fluide Medium zu der Kupplung bringt, verläuft durch das Turbinenrad e.

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Gemäß Fig. 2 weist ein mit fluidem Medium arbeitender Drehmomentwandler, der auch als "Strömungswandler" bezeichnet werden soll und allgemein durch das Bezugszeichen 1 angedeutet ist, eine Motorabtriebswelle 2, die mit einem Motor, insbesondere einem Verbrennungsmotor, verbunden ist,und eine Turbinenabtriebswelle 3 auf, die mit Antriebsrädern (nicht dargestellt) verbunden ist. Sowohl die Motorabtriebswelle 2 als auch die Turbinenwelle 3 sind auf der gleichen Achse vorgesehen.

Der mit fluidem Medium arbeitende Drehmomentwandler 1 weist auch ein Pumpenrad 5 auf, das mit der Motorabtriebswelle 2 über eine Antriebsplatte 4 verbunden ist. Ein Turbinenrad 6 ist mit der Turbinenwelle 3 über einen Vorsprung bzw. Buckel 6a, der zwischen der Antriebsplatte und dem Pumpenrad 5 vorgesehen ist, verbunden; ein Statorrad 7 befindet sich zwischen dem Pumpenrad 5 und dem Turbinenrad 6. Unter Druck stehendes öl von einer Pumpe 8 wird einem Raum 1a des Strömungswandlers 1 über ein Regelbzw. Regulierglied 9 zugeführt. Der Raum 1a wird durch die Antriebsplatte 4 und das Turbinenrad 6 gebildet. Die durch das fluide Medium erfolgende Kraft- bzw. Leistungsübertragung von der Motorabtriebswelle 2 zu der Turbinenwelle 3 wird durch die Zirkulation des fluiden Mediums

durch die Pumpe 5, die Turbine 6 und das Statorrad 7 durchgeführt. Eine Einweg-EIN/AUS-Kupplung 10 ist so ausgebildet, daß sie die mechanische Übertragung der Kraft von der Motorabtriebswelle 2 auf die Turbinenwelle 3 zum Zeitpunkt ihres mechanischen Kontaktes ermöglicht. Die Einwegkupplung 10 weist ein ringförmiges, antreibendes Kupplungselement 11 mit einer konischen Antriebsoberflache an seinem inneren Umfang und ein ringförmiges, angetriebenes Kupplungselement -12 mit einer konischen, angetriebenen Oberfläche an seinem äußeren Umfang auf, die gegenüber der konischen antreibenden Oberfläche angeordnet ist und

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parallel zu ihr verläuft. Mehrere zylindrische Keilrollen 14 sind zwischen den beiden konischen Oberflächen angeordnet, die antreibend bzw. angetrieben sind.

Wie man in Fig. 3 erkennt, werden die Ke-ilrollen 14 in einer ringförmigen Rollen-Befestigung bzw. -Lagerung 13 in der Weise gehalten, daß die Mittelachse jeder Keilrolle 14 in einem vorgegebenen Winkel θ in Bezug auf eine Erzeugende I mit einem vertikalen Winkel geneigt ist, der gleich dem der konischen antreibenden bzw. angetriebenen Oberflächen ist. Das ringförmige, angetriebene Kupplungselement 12 läßt sich In axialer Richtung verschieben und kann durch die Bewegung eines Kolbens 15 verschoben werden, um in und außer Eingriff mit dem ringförmigen, antreibenden Kupplungselement 11 zu kommen. Wenn das ringförmige, antreibende Kupplungselement 11 und das angetriebene Kupplungselement 12 im Eingriff miteinander sind, wird das antreibende Kupplungselement 11 in Bezug auf ^^as angetriebene Kupplungselement 12 in X-Richtung (siehe Fig. 3) gedreht; dabei werden auch die Keilrollen 14 durch die Drehkraft des antreibenden Kupplungselementes 11 abgerollt und kommen dabei in Eingriff mit den beiden konischen Oberflächen, die antreibend bzw. angetrieben sind, wodurch die beiden ringförmigen Kupplungselemente 11, 12 mechanisch miteinander gekuppelt werden. Damit wird also die mechanische Kraftübertragung von der Motorabtriebswelle 2 auf die Turbinenwelle 3 durch den mechanischen Kontakt der ringförmigen Kupplungselemente 11 und durchgeführt. Wenn die Drehzahl bzw. die Drehgeschwindigkeit des angetriebenen Kupplungselementes 12 höher als die des antreibenden Kupplungselementes 11 wird, wird das antreibende Kupplungselement 11 in Bezug auf das angetriebene Kupplungselement 12 in Y-Richtung (siehe Fig. 3) gedreht. Dadurch werden die Keilrollen 14 außer Eingriff mit den konischen Oberflächen gebracht, die antreibend

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bzw. angetrieben sind, um die Kupplungselemente 11 und 12 außer Eingriff miteinander zu bringen, also auszukuppeln. Dementsprechend wird die mechanische Kraftübertragung von der Turbinenwelle 3 auf die Motorabtriebswelle 2 unterbrochen. Die oben beschriebene Funktionsweise des Strömungswandlers ist im wesentlichen identisch mit der Funktionsweise eines herkömmlichen Strömungswandlers.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Einwegkupplung 10 in einem Raum untergebracht, der durch die Antriebsplatte 4 und das Turbinenrad 6 definiert ist und sich zwischen diesen Teilen befindet. Weiterhin kann die Einwegkupplung 10 in einem Strömungswandler mit ovaler oder elliptischer Form in seinem Radquerschnitt verwendet werden. Und schließlich ist erfindungsgemäß ein öldurchgang mJt dem Kolben 15 verbunden, ohne daß ein öldurchgang in dem Pumpenrad 5 und dem Turbinenrad 6 vorgesehen wird.:

Das ringförmige, antreibende Kupplungselement 11 befindet

in
sich einem Raum, der durch die Antriebsplatte 4 und das .Turbinenrad 6 definiert ist und sich zwischen diesen Teilen befindet; das ringförmige, antreibende Kupplungselement 11 ist auch an der inneren Umfangswand einer inneren, an der Antriebsplatte 4 befestigten Platte 4a über eine Keilverbindung, insbesondere eine Nut/Feder-Verbindung befestigt. Der ringförmige Kolben 15 kann sich um den Vorsprung 6a drehen und ist axial verschiebbar; der Kolben 15 ist auf dem Vorsprung 6a vorgesehen, der an dem inneren Umfang des Turbinenrades 6 angebracht ist. Der Kolben 15 ist auch mit dem Turbinenrad 6 über eine Reaktionsfeder 16 verbunden. Das ringförmige, angetriebene Kupplungselement 12 ist durch Nieten an dem äußeren Umfang des Kolbens 15 befestigt und verschiebbar in die innere Platte 4a über eine ringförmige öldichtung 17 eingesetzt, die an einem

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Flansch des äußeren Umfangs des angetriebenen Kupplungselementes 12 vorgesehen ist. Eine ölkammer 18 ist zwischen der inneren Platte 4a und dem Kolben 15 ausgebildet und durch die öldichtung 17 gegen den Raum 1a des Strömungswandlers 1 abgedichtet.

Wenn das unter Druck stehende öl aus der ölkammer 18 abgelassen wird, wird der Druck in der ölkammer 18 niedri-

10. ger als der Druck in dem Raum 1a. Deshalb verschiebt der Unterschied in der Öldruckkraft auf den Kolben 15 diesen nach vorne (gemäß der Darstellung in Fig. 2. nach links), um die Keilrollen 14 in Kontakt mit den konischen Ober-

. flächen der beiden ringförmigen Kupplungselemente 11 und 12 zu bringen.

Wenn das unter Druck stehende öl der ölkammer 18 zugeführt wird, um Unterschiede im Öldruck zwischen der ölkammer 18 und dem Raum 1a zu kompensieren, bzw. äuszugleichen, kommen die Keilrollen 14 außer Eingriff mit

den konischen Oberflächen. Dann werden die beiden Kupplungselemente 11 und 12 in den frei drehbaren, ausgekup-. pelten Zustand gebracht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der öldurchgang, der mit der ölkammer 18 verbunden ist, beispielsweise durch einen radial verlaufenden öldurchgang 20 in der Turbinenwelle 3 gebildet; es ist also kein öldurchgang in dem Turbinenrad 6 erforderlich. Ein hydraulisches Steuerventil 21, das mit einem axial verlaufenden öldurchgang 19 verbunden ist, kann in eine ölzuführstellung und in eine ölablaßstellung verschoben werden. Diese Verschiebung erfolgt entsprechend dem Druckausgleich zwischen dem Drosseldruck, der die Drosselklappenöffnung des Motors darstellt, und dem Reglerdruck, der die Rotation sge schwindigke it der Last, beispielsweise die Ge-

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schwindigkeit des Fahrzeugs, darstellt. Wenn sich das hydraulische Steuerventil 21 in der ölzuführstellung befindet, steht der öldurchgang 19 mit einer ÖlzuführÖffnung 21a in Verbindung (siehe Fig. 2). Wenn sich das Steuerventil 21 in der Ölabgabestellung (in Fig. 2 auf der linken Seite) befindet, wird der öldurchgang 19 verschoben, um in Verbindung mit einer ölablaßöffnung 21b zu kommen. Ein Absperr- bzw. Rückschlagventil 22 befindet sich in einem Ölablaßdurchgang, der mit dem Raum 1a verbunden ist. Ein Anschlag 23 ist zwischen dem Turbinenrad 6 und dem angetriebenen Kupplungselement 12 angeordnet und dient dazu, eine Überexpansion und Kontraktion der Feder 16 zu verhindern.

Wenn sich das hydraulische Steuerventil 21 in der Zuführstellung befindet, wird der Ölkammer 18 unter Druck stehendes öl zugeführt, so daß die Einwegkupplung 10 in den Sperrzustand, also den ausgekuppelten Zustand gebracht wird. Dementsprechend wird die mechanische Kraftübertragung von der Motorabtriebswelle 2 auf die Turbinenwelle 3 automatisch unterbrochen und auf Kraftübertragung mittels des fluiden Mediums umgestellt. Wenn das Steuerventil 21 in die Ablaßstellung gedreht wird, wird das unter Druck stehende Öl aus der Ölkammer abgegeben, so daß die Einwegkupplung 10 in den eingekuppelten Zustand gebracht wird. Damit wird die mechanische Kraftübertragung von der Motorabtriebswelle 2 auf die Turbinenwelle 3 über die Antriebsplatte 4, die Einwegkupplung 10, die Reaktionsfeder 16 und das Turbinenrad 6 durchgeführt.

Wenn nun das Fahrzeug plötzlich abgebremst wird, wird die Drehzahl der Turbinenwelle 3 höher als die der Motorabtriebswelle 2. Als Folge hiervon wird die mechanische Kraftübertragung von der Turbinenwelle 3 auf die Motorabtriebswelle 2 über die Einwegkupplung 10 unterbrochen und

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das Getriebe automatisch auf die Kraftübertragung mittels des fluiden Mediums umgestellt.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet der Strömungswandler eine Einwegkupplung 10, die im wesentIi chen den gleichen Innendurchmesser wie die Afftriebsplatte hat, so daß sich eine große Kraftübertragungskapazität ergibt. Selbstverständlich können entsprechend dem Grundprinzip der vorliegenden Erfindung auch andere Ausführungs^- formen von Einwegkupplungen in dem Strömungswandler vorgesehen werden, d.h., eine Einwegkupplung mit relativ kleinem Durchmesser kann in einem geeigneten Raum untergebracht werden, wie beispielsweise im inneren Umfangsbereich des Raums 1a, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Außerdem kann die große Feder 16 mit relativ großer Länge in dem übrigbleibenden Raum vorgesehen werden, wie beispielsweise in dem äußeren Bereich des Raums 1a, weil dieser Raum größere Abmessungen als der innere Raum hat. Dadurch wird die Aufnahmefähigkeit für Schwankungen bzw. Fluktuationen des Motor-Drehmomentes während der mechaischen Kraftübertragung verbessert. Bei Verwendung eines Kolbens .15 mit kleinem Durchmesser kann die Ölkammer durch eine öldichtung 17 mit einem Durchmesser abgedichtet werden, der kleiner als der Durchmesser der Öldichtung 17 nach Fig. 2 ist. Auf diese Weise lassen sich die Zuverlässigkeit und auch die Lebensdauer der Öldichtung 17 wesentlich verbessern.

Claims

Patentansprüche

Λ J Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler, gekennzeichnet durch eine mit einer antreibenden Energiequelle verbundene Antriebsplatte (4), durch ein mit der Antriebsplatte (4) verbundenes Pumpenrad (5), durch eine Turbinenwelle (3), durch ein mit der Turbinenwelle (3) verbundenes Turbinenrad (6), das zwischen der Antriebsplatte (4) und dem Pumpenrad (5) angeordnet ist, und durch eine zwischen der Antriebsplatte (4) und dem Turbinenrad (6) vorgesehene Einweg-EIN/AüS-Kupplung (10). 10
2. Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwegkupplung (10) ein antreibendes Kupplungselement (11) mit einer konischen Oberfläche, das mit der Antriebsplatte (4) verbunden ist, ein angetriebenes Kupplungselement (12) mit ei-

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ner konischen äußeren Oberfläche, das mit dem Turbinenrad (6) verbunden ist, eine Keilrollenanordnung (14) zwischen den konischen Oberflächen der Kupplungselemente (11, 12) und eine Einrichtung zur Verschiebung des angetriebenen Kupplungselementes (12) aufweist, um das antreibende Kupplungselement (11) in und außer Eingriff zu bringen.
3. Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwegkupplung (10) in einem Raum angeordnet ist, der durch die Antriebsplatte (4) und das •Turbinenrad (6) gebildet wird.
4. Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebsplatte (4) eine innere Platte (4a) befestigt ist, und daß die Einrichtung zur Bewegung des angetriebenen Kupplungselementes (12), um das antreibende Kupplungselement (11) in und außer Eingriff zu bringen, einen ringförmigen Kolben (15), der um die - Turbinenwelle (3) drehbar und axial verschiebbar ist, eine an dem ringförmigen Kolben (15) angebrachte Federanordnung (16) und eine hydraulische Kammer aufweist, die in dem Raum zwischen der inneren Platte (4a) und dem ringförmigen Kolben (15) ausgebildet ist.
5. Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Kupplungselement (11) über eine Keilverbindung an der inneren Platte (4a) angebracht ist, und daß das angetriebene Kupplungselement (12) mit dem Turbinenrad (6) durch den ringförmigen Kolben (15) und die Federanordnung (16) gekuppelt ist.

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6. Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilrollenanordnung (14) so positioniert ist, daß bei ausgekuppelter Einwegkupplung (10)" die zentrale Achse jeder Rolle (14) in Bezug auf eine Erzeugende (I) mit einem vertikalen Winkel geneigt ist, der gleich dem Winkel der konischen Oberflächen der beiden Kupplungselemente (11, 12) ist.
7. Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Kupplungselement (11) in der Nähe des äußeren Bereiches der Antriebsplatte (4) angeordnet ist.
8. Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Kupplungselement (11) in der Nähe des inneren Bereiches der Antriebsplatte (4) angeordnet ist.
9. Mit einem fluiden Medium arbeitender Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch einen Durchgang (20) für das fluide Medium, der sich von der Turbinenwelle (3) direkt in die hydraulische Kammer erstreckt.

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