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Die
Erfindung betrifft eine Lamellenkupplung oder Lamellenbremse entsprechend
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Innerhalb
der Gattung der Lamellenkupplungen oder Lamellenbremsen werden allgemein
folgende Elemente verwendet, ein Kupplungsgehäuse, ein Innenlamellenträger, verschiedene äußere und innere
Lamellen, ein Betätigungskolben
und eine Betätigungskolbenstützvorrichtung
zur Abstützung
des Betätigungskolbens.
Sämtliche
oben erwähnten
Konstruktionsbestandteile sind in der Regel im Wesentlichen rotationssymmetrisch
ausgeformt und koaxial um eine gemeinsame (Rotations-)Achse angeordnet.
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Das
Kupplungsgehäuse/der
Außenlamellenträger ist
im Wesentlichen in der Form eines Hohlzylinders dargestellt und
ist um die Rotationsachse drehbar befestigt. Daran sind tragend
eine oder mehrere äußere Lamellen
befestigt, wobei diese im Wesentlichen versetzbar oder verschiebbar
in axialer Richtung sind.
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Auf ähnliche
Weise ist der Innenlamellenträger
ebenso im Wesentlichen in der Form eines Hohlzylinders ausgebildet
und rotierbar um die gleiche Rotationsachse befestigt. Dieser trägt ebenso
eine oder mehrere vorzugsweise ringförmig gestaltete innere Lamellen,
welche im Wesentlichen in axialer Richtung versetzbar sind.
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Die äußeren Lamellen
und inneren Lamellen wechseln sich in axialer Richtung ab, womit
sie ein so genanntes Lamellenpaket bilden. Dabei wird eine der Stirnflächen einer äußeren Lamelle
zum Kontakt mit einer der Stirnflächen einer inneren Lamelle
angeordnet, so dass diese in Reibkontakt gebracht werden können, indem
sie jeweils gegeneinander angedrückt
werden. Auf der äußeren oder
der inneren Lamelle ist ein Reibbelag angeordnet.
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Das
Lamellenpaket wird an einem Ende in axialer Richtung von einer Druckplatte
abgeschlossen, welche entweder eine von dem Außenlamellenträger getragene
Außenlamelle
oder eine von dem Innenlamellenträger getragene Lamelle darstellt.
In axialer Richtung und auf der entgegen gesetzten Seite des Lamellenpaketes
befindet sich eine in axialer Richtung im Allgemeinen nicht verschiebbare
Endplatte. Diese Endplatte stellt wiederum ein von dem Außenlamellenträger getragene
Außenlamelle
dar oder eine von dem Innenlamellenträger getragene Innenlamelle.
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Um
die Stirnflächen
benachbarter Außen- und
Innenlamellen in der vor beschriebenen Art und Weise in Reibkontakt
miteinander zu bringen, wird entsprechend dem Stand der Technik
ein so genannter Betätigungskolben
eingesetzt. Ein derartiger Betätigungskolben
ist in der Art eines Hohlzylinders oder Topfes ausgebildet. Der äußere Rand
der Seitenwand dieses Topfes bildet eine ringförmige Druckeinrichtung, welche
gegen die freie Stirnfläche
der oben beschriebenen Druckplatte gedrückt werden kann. In diesem
eingerückten
Zustand kann ein Drehmoment von dem Außenlamellenträger auf
den Innenlamellenträger
oder umgekehrt übertragen
werden.
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Um
eine Betätigung
dieses Betätigungskolbens
vorzunehmen, ist es einerseits notwendig, dass dieser in geeigneter
Art und Weise axial verschiebbar gelagert ist und zum anderen, dass
er eine Druckkraft übertragen
kann.
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Entsprechend
dem Stand der Technik ist zum Übertragen
der Druckkraft eine Betätigungskolbenstützeinrichtung
vorgesehen, welche mit dem Innenlamellenträger oder dem Außenlamellenträger mittels
einer geeigneten Verbindungseinrichtung starr verbunden ist. Diese
Betätigungskolbenstützeinrichtung
ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet und ist zu
dem Innenlamellenträger
koaxial und beispielsweise radial innenliegend angeordnet. Die Betätigungskolbenstützeinrichtung
weist eine im Wesentlichen ringförmige
Kolbenstützplatte auf,
gegen die sich auf der einen Seite, welche im Folgenden als Kolbenstützplatteninnenfläche bezeichnet
wird, der Betätigungskolben
axial druckübertragend
abstützt.
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In
dieser Vorrichtung schließen
die Kolbenstützplatteninnenflächen der
Kolbenstützplatte,
gegen die sich der Betätigungskolben
abstützt,
die zylinderförmige
Anlagefläche
der Betätigungskolbenstützeinrichtung
sowie die Kolbenstützaußenfläche des
Betätigungskolbens,
mittels derer sich der Betätigungskolben
an der Kolbenstützplatteninnenfläche abstützt, einen
ringförmigen
Hohlraum ein. In diesem Hohlraum, welcher nachfolgend als Betätigungskolbenhohlraum
bezeichnet wird, befindet sich, wie in dem gesamten Innenraum der
Lamellenkupplung, Öl.
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Falls
die Kupplungsanordnung sich in Rotationsbewegung befindet (so genannte
rotierende Kupplungsaktuatorik), so entsteht in diesem Betätigungskolbenraum
mit zunehmender Drehzahl eine fliehkraftbedingte Ansammlung von Öl und damit
zusammenhängend
eine Druckerhöhung.
Diese Druckerhöhung
führt dazu,
dass der Betätigungskolben in
axialer Richtung auf das Lamellenpaket gedrückt wird. Es ist nun erforderlich,
diese durch die Fliehkraft auftretenden parasitären Kräfte durch geeignete Maßnahmen
zu kompensieren.
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Gemäß dem Stand
der Technik sind grundsätzlich
zwei Möglichkeiten
einer Fliehkraftkompensation bekannt. Einerseits wird auftretende
Fliehkraft kompensiert durch so genannten „Ballcheck".
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Diese
Maßnahme
wird jedoch im Folgenden nicht weiter behandelt. Fernerhin ist gemäß dem Stand
der Technik bekannt, einen sogenannten Ausgleichskolben vorzusehen.
Ein derartiger Ausgleichskolben basiert auf der Idee, auf der dem
Betätigungskolbenraum
gegenüberliegenden
Seite des Betätigungskolbens
einen mit Öl
befüllten
Raum zu schaffen, in dem fliehkraftbedingt ein Gegendruck erzeugt wird.
Konkret ist dies gemäß dem Stand
der Technik in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise realisiert.
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Ein
solcher Ausgleichskolben entsprechend dem Stand der Technik ist
im Wesentlichen hohlzylinderförmig
ausgebildet, aufweisend einen ringförmigen Boden und eine zylindrische
Wand. Dieser Ausgleichskolben ist koaxial zum Innenlamellenträger angeordnet
und mit der Betätigungskolbenstützeinrichtung
im Wesentlichen starr verbunden. Entsprechend dem Stand der Technik
ist nun die äußere Wand
des Zylinders koaxial und radial innenliegend zu der Betätigungskolbenstützeinrichtung
angeordnet, während
die hohlzylinderförmige
Wand der Betätigungskolbenstützeinrichtung
sowie des Ausgleichskolbens auf der den Bodenflächen abgewandten Seiten in
axialer Richtung gegeneinander ausgerichtet sind.
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Der
Betätigungskolben
weist in koaxialer Anordnung eine ringförmige Wand auf, deren äußere Fläche an der
Innenfläche
der zylindrischen Wand der Betätigungskolbenstützeinrichtung
und deren Innenfläche
an der Außenfläche der
im Wesentlichen zylinderförmigen
Wand des Ausgleichskolbens in im Wesentlichen axialer Richtung verschiebbar
geführt ist.
Durch diese besondere Anordnung von Ausgleichskolben und Betätigungskolben
relativ zueinander wird ein Hohlraum gebildet, welcher den vorgehend
erwähnten
Ausgleichsraum darstellt.
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Obwohl
sich eine derartige Anordnung grundsätzlich bewährt hat, ist bei dieser Anordnung eine
vollständige
Fliehkraftkompensation nur mit großem Aufwand möglich. Üblicherweise
werden rückstellende
Federsysteme eingesetzt. Ferner wird eine Anpassung der axialen
Längen
und Verfahrwege von Betätigungskolbenstützeinrichtung,
ein- oder mehrteilig ausgeführtem
Betätigungskolben
und Ausgleichskolben vorgenommen. Durch die Verwendung weiterer
zusätzlicher
Bauteile wird schließlich
eine vollständige
Kompensation erreicht. Die Realisierung einer vollständigen Kompensation
erfordert jedoch einen erheblichen konstruktiven Aufwand.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine derartige Optimierung bei kompakter
Bauweise nicht mehr möglich ist.
Bisher wurde damit lediglich eine Kompensation von annähernd 80
% erreicht.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem an einer
Lamellenkupplung entsprechend dem Stand der Technik oder einer Doppelkupplungsübertragung
derart zu gestalten und weiter zu entwickeln, dass die oben beschriebenen
Probleme nicht länger
auftreten. Insbesondere soll eine vollständige Kompensation bei kompakter Bauweise
ermöglicht
werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lamellenkupplung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles
des Anspruches 1 erfindungsgemäß gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der
wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, dass die Anlageflächen des
Ausgleichskolbens und des Betätigungskolbens
nicht mehr, wie gemäß dem Stand
der Technik, koaxial in radialer Richtung innerhalb der Betätigungskolbenstützeinrichtung
angeordnet sind, sondern dass die entsprechenden Anlageflächen von
Ausgleichskolben und Betätigungskolben
koaxial zwischen den entsprechenden zylinderförmig gestalteten Wänden des
Innenlamellenträgers
und der Betätigungskolbenstützeinrichtung
angeordnet sind. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, dass die von dem Ausgleichskolben eingeschlossene, von Öl benetzte
Fläche
des Betätigungskolbens
signifikant vergrößert wird.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine derartige Anordnung einen weiteren Vorteil
mit sich bringt. Einzelheiten werden nachfolgend im Detail dargelegt:
Durch
die ineinander greifende Anordnung von Innenlamellenträger, Ausgleichskolben
und dem an der Betätigungskolbenstützeinrichtung
abgestützten
Betätigungskolben
wird von diesen ein Volumen eingeschlossen, welches nachfolgend
als Ölraum
bezeichnet wird. In diesem Ölraum
wird eine gewisse Menge an Öl
bereitgehalten.
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In
einem Automatikgetriebe mit nasslaufender Kupplung ist es zur Abführung der
entsprechenden Reibenergie notwendig, einen Teil dieses in dem Ölraum befindlichen Öles in Form
einer Ölströmung zum
Lamellenpaket zu führen.
Da das in dem Ölraum befindliche Öl fliehkraftbedingt
ohnehin gegen die Innenwandung des Innenlamellenträgers geschleudert wird,
braucht dieses nur durch entsprechende Ölzuführkanäle und dergleichen, welche
sich in dieser Innenwandung des Innenlamellenträgers befinden, zu den einzelnen
Lamellen geführt
werden.
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Falls
der Ausgleichskolben in der erfindungsgemäßen Form ausgebildet ist, so
verkleinert sich das Volumen des Ölraumes im Bereich der Innenwand
des Innenlamellenträgers.
Dadurch tritt eine zusätzliche
Zwangsführung
des Öles
ein, welche den Öltransport
zu den Lamellen des Lamellenpaketes zusätzlich unterstützt.
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Zur
Erhöhung
der Steifigkeit und damit zur Verbesserung der hydraulisch-mechanischen
Reaktionsfähigkeit
des Gesamtsystemes ist es optional vorgesehen, dass der Ausgleichskolben
zumindest eine Kontaktstelle aufweist oder eine Position, an der
dieser mit dem Innenlamellenträger
verbunden ist. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest
eine Kontaktstelle des Ausgleichskolbens zum Innenlamellenträger an der
Bodenplatte des Ausgleichskolbens angeordnet ist. Alternativ oder
zusätzlich
ist eine Kontaktstelle an der Außenoberfläche des Zylindermantels des
Ausgleichskolbens vorgesehen.
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Wie
oben im Detail beschrieben ist es in einem Automatikgetriebe mit
nasslaufender Kupplung zur Abführung
der entste henden Reibenergie notwendig, einen gezielten Ölstrom zum
Lamellenpaket zu führen.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass an der dem Betätigungskolben
zugewandten Seite des Innenlamellenträgers ein radial nach innen weisender Ölsammelring
vorgesehen ist. Ein derartiger Ölsammelring
ist beispielsweise dem Lehrbuch „Automatische Fahrzeuggetriebe" von Hans Joachim Förster, 1990,
ISBN 3-540-52228-X auf Seite 285, Figur A oder Seite 286 Figur A,
Element E, zu entnehmen. Durch diesen Ölsammelring wird an der Innenseite
des Innenlamellenträgers
ein Fluidring aus Öl erzeugt,
der durch abspritzendes Öl
aus dem Ölraum gespeist
wird. Dadurch wird Öl
vergleichsweise effizient durch die vorstehend beschriebenen Ölkanäle oder
dergleichen in Innenlamellenträger
zu den Lamellen des Lamellenpakets geführt. Ein größeres Ölvolumen wird dabei durch Überströmen an der
Kupplung vorbei geleitet.
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Es
hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich zumindest
eine der vorstehend angegebenen Kontaktstellen zwischen Ausgleichskolben
und Innenlamellenträger
an dem nach innen weisenden Ölsammelring
befindet. Auf diese Weise wird eine Zwangsführung unmittelbar zu den vorstehend
genannten Ölzuführkanälen oder
dergleichen in dem Innenlamellenträger gebildet. Ein Ausweichen oder
Umgehen eines größeren Ölvolumens
ist nicht mehr möglich.
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Zur
Gewährleistung
eines hinreichenden Öltransports
ist für
den Fall, dass die oben angegebene Verbindungseinrichtung in der
Art eines Hohlzylinders ausgebildet ist, erfindungsgemäß vorgesehen, dass
der Hohlzylinder eine gemeinsame Ölzuführung für den Ausgleichsraum und den Ölraum aufweist. Erfindungsgemäß ist es
jedoch auch möglich,
dass separate Ölzuführungen
für den
Ausgleichsraum und den Ölraum
vorgesehen sind.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden
näher beschrieben.
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Es
wird folgendes gezeigt:
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1a eine Axialschnittdarstellung einer
Lamellenkupplung gemäß der Erfindung,
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1b eine Axialschnittdarstellung der Lamellenkupplung
gemäß der 1a mit Darstellung des Hohlraumes, in
welchem sich Öl
befindet, nämlich
in dem Betätigungskolbenraum,
dem Ausgleichsraum und dem Ölraum,
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1c eine räumliche Druckverteilung des Öls im Kolbenraum
entsprechend 1b,
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1d eine räumliche Druckverteilung des Öls im Ausgleichsraum
gemäß 1b,
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2a eine axiale Schnittdarstellung einer Lamellenkupplung
gemäß dem Stand
der Technik,
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2b eine Axialschnittdarstellung einer
Lamellenkupplung gemäß 2a mit Kennzeichnung der Hohlräume, in
denen sich Öl
befindet, nämlich Betätigungskolbenraum,
Ausgleichsraum und Ölraum,
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2c eine räumliche Druckverteilung des Öls im Kolbenraum
gemäß 2b, und
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2d eine räumliche Druckverteilung des Öls im Ausgleichsraum
gemäß 2b.
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Der
Gegenstand der folgenden Erfindung wird nachfolgend anhand einer
Gegenüberstellung einer
der in der 2 dargestellten Lamellenkupplung
eines Automatikgetriebes entsprechend dem Stand der Technik und
einer in der 1 dargestellten Lamellenkupplung
eines Automatikgetriebes gemäß der Erfindung
erläutert.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung ganz allgemein auf
Kraftübertragungsaggregate
bezieht, die sich zur Kraftübertragung
eines Lamellenpaketes mit mehreren Lamellen (zumindest zwei Lamellen)
bedienen, welche verzahnungsartig oder fingerartig ineinander greifen,
wobei jeweils benachbarte Lamellen mit Hilfe einer geeigneten Betätigungsvorrichtung
miteinander in reibschlüssigen
Kontakt zu bringen sind.
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Wie
sich aus der 2a ergibt, besteht eine Lamellenkupplung 200 eines
Automatikgetriebes aus einem um eine Rotationsachse R drehbar gelagerten und
im Wesentlichen hohlzylinderförmigen
Außenlamellenträger 21,
einem zumindest teilweise koaxial zu dem Außenlamellenträger 21 angeordneten,
um die Rotationsachse R drehbar gelagerten und ebenfalls im Wesentlichen
hohlzylinderförmigen
Innenlamellenträger 22,
einer im wesentlichen hohlzylinderförmigen, zu dem Innenlamellenträger 22 koaxial
und radial innenliegend angeordneten Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 und
weiterhin einem Betätigungskolben 28,
einem Ausgleichskolben 34 genauso wie einer im Wesentlichen
hohlzylinderförmigen Verbindungsvorrichtung 40,
welche den Innenlamellenträger 22,
den Ausgleichskolben 34 und die Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 starr
miteinander verbindet.
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Außen- und
Innenlamellenträger 21, 22 schließen ein
so genanntes Lamellenpaket 23 ein, dessen Einzelkomponenten
und dessen Funktionsweise nachfolgend im Detail beschrieben werden. Das
in der 2a skizzierte Lamellenpaket 23 ist
im Wesentlichen aus vier verschiedenen Komponenten aufgebaut, nämlich einer
so genannten Druckplatte 24, einer in der Regel größeren Anzahl
an Stahllamellen 25.1, 25.2 und 25.3 und
Reiblamellen 27.1 und 27.2 sowie einer so genannten
Endplatte 26. Sämtliche
Komponenten, Druckplatte 24, Stahllamellen 25.1, 25.2, 25.3,
Reiblamellen 27.1, 27.2 und Endplatte 26 sind
im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Sie besitzen vorzugsweise
ebene und vorzugsweise ringförmige
Stirnflächen.
Die Ausdehnung der Stirnflächen
ist in der Regel groß gegenüber den
Dicken der Lamellen 25.1, 25.2, 25.3, 27.1, 27.2.
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Dem
Stand der Technik, der entsprechend 2a repräsentiert
wird, ist zu entnehmen, dass die Druckplatte 24 ebenso
wie die Endplatte 26 und die Reiblamellen 27.1, 27.2 Reibbeläge 24a, 26b, 27.1a, 27.1b, 27.2a und 27.2b tragen.
Während
die Druckplatte 24 und die Endplatte 26 jeweils
nur einseitig einen Reibbelag 24a und 26b aufweisen,
sind die Reiblamellen 27.1 und 27.2 bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel
beidseitig mit Reibbelägen 27.1a, 27.1b sowie 27.2a und 27.2b versehen.
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Es
ist genau sichtbar, dass weitere Anordnungen darstellbar sind wie äußere Reiblamellen
und innere Stahlreiblamellen oder so genannte einseitige Reiblamellenanordnungen,
welche abwechselnd innere und äußere Reiblamellen,
einseitig mit einem Reibbelag belegt, aufweisen.
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Die
einzelnen Lamellen 25.1, 25.2, 25.3, 27.1 und 27.2 sowie
die Druckplatte 24 und die Endplatte 26 sind in
der Weise angeordnet, dass die jeweiligen Reibbeläge 24a, 26b, 27.1a, 27.1b, 27.2a und 27.2b aufweisenden
Stirnflächen
von Druckplatte 24, Endplatte 26 und den Reiblamellen 27.1 und 27.2 benachbart
zu den jeweiligen reibbelaglosen Stirnflächen der Stahllamellen 25.1, 25.2 und 25.3 angeordnet
sind. Konkret bedeutet dies eine Anordnung in axialer Richtung in
folgender Reihenfolge: Druckplatte 24, Stahllamelle 25.1,
Reiblamelle 27.1, Stahllamelle 25.2, Reiblamelle 27.2,
Stahllamelle 25.3 und Endplatte 26.
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Die
Druckplatte 24, die Endplatte 26 sowie die Reiblamellen 27.1 und 27.2 sind
in radialer Richtung im Wesentlichen drehfest mit dem so genannten Innenlamellenträger 22 verbunden.
In analoger Weise besteht in radialer Richtung eine Wirkverbindung zwischen
dem Außenlamellenträger 21 und
den Stahllamellen 25.1, 25.2 und 25.3.
Zur Schaffung einer Verbindung zwischen den Trägern 21 und 22 und den
Lamellen 25.1, 25.2 und 25.3, 27.1 und 27.2, 24, 26 weisen
diese zueinander korrespondierende (hier nicht dargestellte) Zahnungen
auf. Insbesondere weisen die Druckplatte 24 und die Reiblamellen 27.1 und 27.2 Innenverzahnungen
auf, welche in eine entsprechende Außenverzahnung des Lamellenträgers 22 eingreifen
und die Stahllamellen 25.1, 25.2 und 25.3 weisen
Außenverzahnungen
auf, die in eine entsprechende Innenverzahnung des Außenla mellenträgers 21 eingreifen.
Die Endplatte 26 ist im beschriebenen Beispiel materialeinheitlich
und einstückig
mit dem Innenlamellenträger 22 ausgeführt. Es ist
jedoch auch denkbar, dass die Endplatte 26 eine entsprechende
Innenverzahnung aufweist, die in eine Außenverzahnung des Innenlamellenträgers 21 eingreift.
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Werden
nun die einzelnen Komponenten wie Druckplatte 24, Stahllamellen 25.1, 25.2, 25.3, Reiblamellen 27.1, 27.2 und
Endplatte 26 durch eine entsprechende Druckkraft fest aufeinander
gedrückt, so
sind sie in der Lage, durch Aneinanderreiben der jeweiligen korrespondierenden
Stirnflächen
gegeneinander ein über
den Anßenlamellenträger 21 eingeleitetes
Drehmoment auf den Innenlamellenträger 22 bzw. ein über den
Innenlamellenträger 22 eingeleitetes
Drehmoment auf den Außenlamellenträger 21 zu übertragen.
Konkret wird dies dadurch realisiert, dass mit Hilfe des Betätigungskolbens 28 eine Druckeinrichtung 28.4,
welche in der 2a in ausgerücktem Zustand
dargestellt ist, gegen die freie Stirnfläche der Druckplatte 24 gedrückt wird,
so dass diese ebenso wie die übrigen
Lamellen 25.1, 25.2, 25.3, 27.1 und 27.2 des
Lamellenpaketes 23 in axialer Richtung gegen die im Wesentlichen
starr mit dem Innenlamellenträger 22 verbundene
Endplatte 26 gedrückt
wird.
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Der
Betätigungskolben/Druckkolben 28 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
im Wesentlich kreisringförmig
ausgebildet. An dessen äußerem Umfang
befindet sich ein zylindermantelförmiger Fortsatz, welcher die
vorstehend beschriebene Druckeinrichtung 28.4 bildet.
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Dieser
Druckkolben 28 wird wie oben beschrieben an einer Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 axial
verschiebbar und die Anpresskraft auf die Druckplatte 24 übertragend
abgestützt.
Diese Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 ist
ebenfalls in Bezug auf die Rotationsachse R im Wesentlich rotationssymmetrisch
ausgebildet und koaxial zu den oben beschriebenen Kom ponenten der
Lamellenkupplung 200 angeordnet. Sie umfaßt im Wesentlichen
eine kreisringförmige
Bodenplatte 32.2 und eine an dessen Außenumfang formschlüssig anschließende hohlzylinderförmigen Wand 32.1.
Die Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 hat
somit im Wesentlichen die Form eines Topfes, welcher in der Mitte
seines Bodens (Bezugszeichen 32.3) eine im Wesentlichen
kreisförmige Öffnung aufweist.
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Der
Betätigungskolben 28 stützt sich
selbst mit einer kreisringförmigen
Bodenfläche 28.6 gegen die
ebenfalls kreisringförmig
ausgebildete Bodenplatte 32.2 der Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 ab. Die
sich abstützende
Bodenfläche 28.6 des
Betätigungskolbens 28 wird
nachfolgend als äußere Bodenfläche 28.6 bezeichnet,
die Bodenplatte 32.2 der Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 wird
nachfolgend als Kolbenstützplatteninnenfläche 32.2 bezeichnet.
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Das
topfförmige
Gebilde der Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 ist
entsprechend 2a öffnungsseitig in Richtung Außen- und
Innenlamellenträger 21, 22 weisend
angeordnet. Die zylinderförmige
Wand 32.1 dieser topfförmigen
Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 greift
in eine koaxial zur Rotationsachse R in dem Betätigungskolben 28 eingeformte
kreisringförmige
Vertiefung oder Nut 28.3 ein. Die zylinderförmige Randfläche der
Betätigungskolbenstützeinrichtung
bildet auf diese Weise eine zylindrische Anlagefläche 32.4,
an der eine ebenfalls im Wesentlichen zylindrische Anlagefläche 28.1 der
Vertiefung 28.3 des Betätigungskolbens 28 anliegt.
Weiterhin bildet die zylinderflächige
Außenfläche 40.1 der
zylinderförmigen
Verbindungseinrichtung 40 eine weitere Anlagefläche 40.1 für die Innenumfangsfläche 28.8 des
kreisringförmigen
Betätigungskolbens 28,
so dass letzterer 28 an den Anlageflächen 40.1, 32.4 der
Verbindungseinrichtung 40 und der Betätigungskolbenstützeinrichtung 32 in
axialer Richtung verschiebbar ist. Zur Klarheit sei bemerkt, dass
die entsprechenden Anlageflächen 40.1 und 28.8 bzw. 28.1 und 32.4 nicht
unmittelbar aneinander liegen, sondern dass vielmehr Führungs-
und Dichtelemente 38.2 und 38.3 vorgesehen sind,
die eine reibungsarme Verschiebung gewährleisten und darüber hinaus eine
Abdichtungsfunktion übernehmen.
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Der 2a ist weiterhin zu entnehmen, wie gemäß dem Stand
der Technik ein Ausgleichskolben 34 der vorliegend beschriebenen
Art angeordnet und ausgebildet ist. Die geometrische Form eines
derartigen Ausgleichskolbens 34 entspricht im Wesentlichen
der oben beschriebenen Betätigungskolbenstützeinrichtung 32.
Insbesondere schließt
sich am Außenumfang
einer im Wesentlichen kreisringförmigen
Bodenplatte 34.1 eine zylinderförmige Wand 34.2 an.
Der Ausgleichskolben 34 hat somit ebenfalls im Wesentlichen
die Form eines Topfes mit einer bodenmittig angeordneten kreisförmigen Öffnung.
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Der
Ausgleichskolben 34 ist in Bezug auf den Betätigungskolben 28 derart
ausgerichtet, dass eine der äußeren Bodenfläche 28.6 gegenüberliegende innere
Bodenfläche 28.7 des
Bodens des Betätigungskolbens 28 und
der Ausgleichskolben 34 und die Außenfläche 40.1 der Verbindungseinrichtung 40 ein
Volumen einschließen,
welches nachfolgend als Ausgleichsraum 36 bezeichnet wird.
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Die
Außenfläche 34.3 der
hohlzylindrischen Wand 34.2 des Ausgleichskolbens 34 und
eine durch die Einformung der kreisringförmigen Vertiefung 28.2 gebildete,
in radialer Richtung R nach innen weisende zylindrische Anlagenfläche 28.2 sind
aneinander liegend angeordnet. Zwischen diesen Anlageflächen 28.2, 34.4 ist
in der oben beschriebenen Art und Weise ein Führungselement/Dichtelement 38.1 angeordnet,
so dass der Betätigungskolben
auch durch den Ausgleichskolben 34 gestützt axial in Richtung ax verschiebbar
geführt
ist.
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In
dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel
sind somit zusammenfassend durch die Betätigungskolbenstützeinrichtung 32,
den Betätigungskolben 28,
die Verbindungseinrichtung 40, den Ausgleichskolben 34 sowie
den Innenlamellenträger 22 im
Wesentlichen drei im Wesentlichen voneinander getrennte Volumina
gebildet, nämlich
der mit dem Bezugszeichen 35 versehene Betätigungskolbenraum,
der mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnete Ausgleichsraum
und der mit dem Bezugszeichen 31 gekennzeichnete Ölraum. Sämtliche
dieser Volumina, Betätigungskolbenraum 35,
Ausgleichskolbenraum 36 und Ölraum 31 werden über in die Verbindungseinrichtung 40 eingebrachte Ölversorgungsöffnungen 39.1, 39.2 und 39.3 mit Öl versorgt. Die
Funktion der einzelnen Volumina 31, 35, 36 im laufenden
Betrieb wird im Folgenden anhand der 2b erläutert.
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Es
kann davon ausgegangen werden, dass der Außenlamellenträger 21 rotatorisch
zur Übertragung
eines Drehmomentes angetrieben wird. Beim Betätigen des Betätigungskolbens 28 treten
die Stahllamellen 25.1, 25.2 und 25.3 in
Reibkontakt mit den entsprechenden Reiblamellen 24, 27.1, 27.2 und 26,
so dass dieses Drehmoment auf den Innenlamellenträger 22 übertragen
wird. Auf Grund dessen wird auch das Öl in den entsprechenden Volumina
des Betätigungskolbens 25,
des Ausgleichsraums 36 und den Ölraums 31 in Rotationsbewegung
versetzt. Diese Rotationsbewegung des Öls hat zur Folge, dass dieses
auf Grund der Fliehkraft in radialer Richtung r nach außen geschleudert
wird. Folglich wird der Druck innerhalb dieser Volumina 35, 36 und 31 entlang
ihrer radialen Begrenzung zunehmen. Der qualitative Druckverlauf
in radialer Richtung im Betätigungskolbenraum
ist in 2c dargestellt, wobei der entsprechende
Druckverlauf im Ausgleichsraum in der 2d abgebildet
ist.
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Für den Fachmann
ist es leicht einsichtig, dass auf Grund der größeren radialen Ausdehnung des
Betätigungskolbenraums 35 größere Druckkräfte pK in dem Kolbenraum auftreten als im Ausgleichsraum
(pA). Aus diesem Grund wird die Anpresskraft FK des Betätigungskolbens 28 auf
die Druckplatte 24 stets größer sein als die Rückstellkraft
FA auf Grund des Druckes im Ausgleichsraum 36.
Unter Umständen
vorhandene rückstellende
Federsysteme, wie beispielsweise eine hier vorhandene Fe dereinrichtung 33 im
Ausgleichsraum 36 sind in der Regel zwar ausreichend, um
eine vollständige
Kompensation zu erzielen, bringen jedoch einen großen konstruktiven Aufwand
mit sich und für
diesen Fall ist entsprechender Abgleich dringend notwendig.
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Entsprechend
der Erfindung wird somit vorgesehen, dass der Ausgleichskolben nicht
in der Art entsprechend 2a und 2b ausgebildet ist, sondern entsprechend
dem Modus und der Art, wie sie in den 1a und 1b zu sehen sind.
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Die 1a und 1b zeigen
eine Lamellenkupplung 100 entsprechend der Erfindung. Die
Lamellenkupplung 100 gemäß der Erfindung weist die nachfolgend
aufgezählten
Einzelteile in Übereinstimmung
mit einer Lamellenkupplung 200 gemäß dem Stand der Technik auf,
wie sie in den 2a und 2b dargestellt
ist.
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Die
Kernelemente einer derartigen Lamellenkupplung 100 sind
demnach die vorstehend im Detail beschriebenen Außen- und
Innenlamellenträger 1, 2,
das Lamellenpaket 3, die Druck- und Endplatten mit den
Bezugszeichen 4 und 6, die Betätigungskolbenstützeinrichtung 12 der
Betätigungskolben 8 und
die Verbindungseinrichtung 20.
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Weiterhin
ist bei der erfindungsgemäßen Lamellenkupplung 100 ein
Ausgleichskolben 14 vorgesehen, der im Wesentlichen die
geometrische Form des Ausgleichskolbens 34 entsprechend
dem Stand der Technik aufweist. Der Ausgleichskolben 14 besitzt
eine im Wesentlichen ringförmige
Bodenplatte und eine zylinderförmige
an den Außenumfang
der Bodenplatte 14.1 anschließende Wand 14.3. Die
Innenfläche
der Bodenplatte 14.1 bildet eine Federstützinnenfläche 14.2,
gegen welche sich im Wesentlichen in axialer Richtung ax eine Federeinrichtung
abstützt.
Die Federeinrichtung 13 stützt sich andererseits gegen
den Betätigungskolben 8 an
dessen Betätigungskolbenstützinnenfläche 8.7 von
dessen Kolbenstützplatte 8.8 ab.
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Im
Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
entsprechend dem Stand der Technik (1)
ist nunmehr die zylinderförmige
Wand 14.3 des Ausgleichskolbens 14 nicht radial
innerhalb der zylinderförmigen
Wand 12.1 der Betätigungskolbenstützeinrichtung 12 angeordnet,
sondern in radialer Richtung zwischen dem Innenlamellenträger 2 und
der zylinderförmigen
Wand 12.1 der Betätigungskolbenstützeinrichtung 12.
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Während somit
der Betätigungskolben 8 bei der
erfindungsgemäßen Ausführung an
der Betätigungskolbenstützeinrichtung 12 und
der Verbindungseinrichtung 20 weiterhin wie oben beschrieben axial
ax verschiebbar mittels der Führungselemente 18.2 und 18.3 an
den Anlageflächen 8.1 der
kreisförmigen
Vertiefung 8.3 und der Anlagefläche 12.1 sowie der
zylinderförmigen
Außenfläche der
Verbindungseinrichtung 20 geführt ist, befindet sich die Führung des
Betätigungskolbens 8 am
Ausgleichskolben 14 nun an der Innenfläche 14.4 der zylinderförmigen Wand 14.3.
Als Dichtung und Gleithilfsmittel ist wiederum ein Führungselement 18.1 der
oben genannten Art vorgesehen.
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Wie
in dem Ausführungsbeispiel
entsprechend dem Stand der Technik werden durch die Betätigungskolbenstützeinrichtung 12,
den Betätigungskolben 8 und
den Ausgleichskolben 14 und die Verbindungseinrichtung 20 sowie
den Ausgleichskolben 14 und den Innenlamellenträger 2 drei
Volumina eingeschlossen, welche nachfolgend wiederum als Betätigungskolbenraum 15,
Ausgleichsraum 16 und Ölraum 11 bezeichnet
werden.
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Die 1c und 1d zeigen
analog zu den 2c und 2d die
Druckverhältnisse
im Betätigungskolbenraum 15 bzw.
im Ausgleichsraum 16 bei betätigter Lamellenkupplung 100.
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Wie
bereits oben genauer dargelegt, entstehen im rotierenden Betrieb
entlang der benetzten Flächen 8.6, 8.7 des
Betätigungskolbens 28 in
radialer Richtung r parabolische Druckpro file pK,
pA im Betätigungskolbenraum 15 und
im Ausgleichsraum 16. Die 1c zeigt
das parabolische Druckprofil pK (r) im Kolbenraum 15,
welcher in der 16 dargestellt ist; die 1d zeigt das parabolische Druckprofil
pA (r) im Ausgleichsraum 16, welcher
ebenfalls in der 1b dargestellt ist.
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Das
Druckprofil pK im Betätigungskolbenraum 15 gemäß der 1a und 1b ist
auf Grund dessen identischer Ausführung mit dem Betätigungskolbenraum 35 entsprechend
der 2a und 2b mit dem
Druckprofil pK im Betätigungskolbenraum 35 der Lamellenkupplung 200 entsprechend
dem Stand der Technik identisch.
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Dem
gegenüber
ist der Ausgleichskolbenraum 16 in der Lamellenkupplung 100 entsprechend der
Erfindung in radialer Richtung r weiter ausgedehnt. Die von Öl benetzte
Fläche 8.7 des
Betätigungskolbens 8 im
Ausgleichskolbenraum 16 ist daher gegenüber der benetzten Fläche 8.6 des
Betätigungskolbens 8 im
Betätigungskolbenraum 15 in
radialer Richtung weiter ausgedehnt. In diesem weiter ausgedehnten
Bereich wird daher der Druck pA* im Ausgleichsraum 16 weiter
ansteigen. In diesem Fall können
daher sogar höhere
Kompensationskräfte FA* auftreten, als diejenigen Druckkräfte FK, welche auf Grund der Druckerhöhung PK im Betätigungskolbenraum 15 entstehen.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine derartige Anordnung weitere Vorteile
mit sich bringt. Die ineinander greifende Anordnung von Innenlamellenträger 2, Ausgleichskolben 14 und
an der Betätigungskolbenstützeinrichtung 12 abgestütztem Betätigungskolben 8 impliziert
wie oben beschrieben die Bildung eines sogenannten Ölraumes 11.
In diesem Ölraum 11 befindet
sich ebenfalls eine gewisse Menge an Öl.
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In
einem Automatikgetriebe mit nasslaufenden Kupplungen 100 ist
es zur Abführung
der entstehenden Reibenergie notwendig, einen Teil dieses in dem Ölraum 11 befindlichen Öles in Form eines Ölstroms
zum Lamellenpaket 3 zu führen. Da das in dem Ölraum 11 befindliche Öl fliekraftbedingt
gegen die Innenwandung 2.1 des Innenlamellenträgers 2 geschleudert
wird, wird dieses zweckmäßiger Weise durch
entsprechende Ölzuführungskanäle 9.1, 9.2, 9.3, 9.4,
welche sich in dieser Innenwand 2.1 des Innenlamellenträgers 2 befinden,
zu den einzelnen Lamellen 3, 4, 6 geführt.
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Falls
der Ausgleichskolben 14 in der erfindungsgemäßen Form
ausgebildet und angeordnet ist, so ist das Volumen des Ölraumes 11 wesentlich kleiner
als das des Ölraums 31 entsprechend
dem Stand der Technik, wie es in 2 dargestellt
ist. Bei dieser besonderen Anordnung des Ausgleichskolbens 14 tritt
eine zusätzliche
Zwangsführung
des Öls ein,
welche den Öltransport
zu den Lamellen 4.6 des Lamellenpakets 3 zusätzlich unterstützt.
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Dem
Stand der Technik ist zur Verbesserung des Öltransportes zu den Lamellen 24, 25.1, 25.2, 25.3, 26, 27.1, 27.2 des
Lamellenpaketes 23 bekannt, dass an der dem Betätigungskolben 28 zugewandten
Seite des Innenlamellenträgers 22 ein
radial nach innen weisender Ölsammelring
anzubringen ist. Ein derartiger Ölsammelring
ist beispielsweise auch in dem den Stand der Technik repräsentierenden Ausführungsbeispiel
gemäß der 2a und 2b zu entnehmen.
Durch diesen Ölraumring 30 wird
an der Innenseite 22.1 des Innenlamellenträgers 22 ein
Fluidring 30 aus Öl
erzeugt, der durch abspritzendes Öl aus dem Ölraum 31 gespeist
wird. Dadurch wird Öl vergleichsweise
effizient durch die oben beschriebenen Ölkanäle 29.1, 29.2, 29.3, 29.4 oder
dergleichen im Innenlamellenträger 22 zu
den Lamellen 24, 25.1, 25.2, 25.3, 26, 27.1, 27.2 des
Lamellenpaketes 23 geführt.
Ein höheres Ölvolumen
wird dabei durch Überströmen an dem
Sammelring 30 an der Kupplung vorbeigeleitet.
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Es
hat sich ergeben, dass vorzugsweise die dem Betätigungskolben 8 gegenüberliegende
Seite des Innenlamellenträgers 2 einen
nach innen weisenden Ölsammelring 10 aufweist.
Die mindestens eine entsprechende Verbindungs- oder Kontaktstelle ist
in einer Figur mit dem Bezugszeichen A3 an dem Ausgleichskolben 14 gekennzeichnet,
und an dem nach innen gerichteten Ölsammelring 11 zwischen dem
Ausgleichsraum 14, dem Innenlamellenträger 2 und dem Ölsammelring 10 ausgebildet.
Auf diese Weise wird eine Zwangsführung unmittelbar zu den vorstehend
genannten Ölzuführungskanälen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 in
dem Innenlamellenträger 2 gebildet. Ein
Ausweichen eines größeren Ölvolumens
ist nicht mehr möglich.
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Zur
Erhöhung
der Steifigkeit und somit zur Verbesserung der hydraulisch-mechanischen
Reaktionsfähigkeit
des Gesamtsystems ist vorgesehen, dass der Ausgleichskolben 14,
wie im Ausführungsbeispiel
entsprechend 1 zumindest eine weitere Kontaktstelle
A2 zum Innenlamellenträger 2 aufweist, die
an der Bodenplatte 14.1 des Ausgleichskolbens 14 angeordnet
ist.
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Zur
Gewährleistung
eines hinreichenden Öltransportes
weist die hohlzylinderförmige
Verbindungseinrichtung 20 eine gemeinsame Ölzuführung 19.2 für den Ausgleichsraum 11 und
den Ölraum 16 auf,
während
der Betätigungskolbenraum
von einer separaten Ölzuführung 19.1 gespeist
wird.
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Es
ist jedoch auch möglich,
dass separate Ölzuführungen
für den
Ausgleichsraum 16 und den Ölraum 19 vorgesehen
sind.
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- 100
- Lamellenkupplung
- 1
- Außenlamellenträger
- 2
- Innenlamellenträger
- 2.1
- Innenwand
- 3
- Lamellenpaket
- 4
- Druckplatte
- 6
- Endplatte
- 8
- Druckkolben/Betätigungskolben
- 8.1
- zylinderförmige Stirnfläche
- 8.2
- zylinderförmige Stirnfläche
- 8.3
- kreisringförmige Vertiefung
- 8.4
- Druckeinrichtung
- 8.5
- zylinderförmige Anlagefläche/Stirnfläche
- 8.6
- Kolbenstützaußenfläche
- 8.7
- Kolbenstützinnenfläche
- 8.8
- Kolbenstützplatte
- 9.1
- Ölzuführungskanal
- 9.2
- Ölzuführungskanal
- 9.3
- Ölzuführungskanal
- 9.4
- Ölzuführungskanal
- 10
- Ölsammelring
- 11
- Ölraum
- 12
- Betätigungskolbenstützeinrichtung
- 12.1
- zylinderförmige Anlagefläche
- 12.7
- Kolbenstützinnenfläche
- 13
- Federeinrichtung
- 14
- Ausgleichskolben
- 14.1
- Bodenplatte
- 14.2
- Federstützinnenfläche
- 14.3
- Zylinderaußenfläche
- 14.4
- zylinderförmige Anlagefläche
- 15
- Betätigungskolben
- 16
- Ausgleichsraum
- 17
- Ölring
- 18.1
- Führungselement
- 18.2
- Führungselement
- 18.3
- Führungselement
- 19.1
- Ölzuführöffnung
- 19.2
- Ölzuführöffnung
- 20
- Verbindungseinrichtung
- 200
- Lamellenkupplung
- 21
- Außenlamellenträger
- 22
- Innenlamellenträger
- 23
- Lamellenpaket
- 24
- Druckplatte
- 24a
- Reibbelag
der Druckplatte
- 25.1
- Stahllamelle
- 25.2
- Stahllamelle
- 25.3
- Stahllamelle
- 26
- Endplatte
- 26b
- Reibbelag
der Endplatte
- 27.1
- Reiblamelle
- 27.2
- Reiblamelle
- 27.1a
- Reibbelag
- 27.1b
- Reibbelag
- 27.2a
- Reibbelag
- 27.2b
- Reibbelag
- 28
- Betätigungskolben
- 28.1
- zylinderförmige Anlagefläche
- 28.2
- zylinderförmige Anlagefläche
- 28.3
- kreisringförmige Vertiefung
- 28.4
- Druckeinrichtung
- 28.6
- äußere Bodenfläche
- 28.7
- innere
Bodenfläche
- 28.8
- Innenumfangsfläche
- 29.1
- Ölzuführungskanal
- 29.2
- Ölzuführungskanal
- 29.3
- Ölzuführungskanal
- 29.4
- Ölzuführungskanal
- 30
- Ölsammelring
- 31
- Ölraum
- 32
- Betätigungskolbenstützeinrichtung
- 32.1
- Wand
- 32.2
- Kolbenstützinnenfläche
- 32.3
- Kolbenstützfläche
- 32.4
- Anlagefläche
- 33
- Federeinrichtung
- 34
- Ausgleichskolben
- 34.1
- Bodenplatte
- 34.2
- Wand
- 34.3
- Außenfläche
- 35
- Betätigungskolbenraum
- 36
- Ausgleichsraum
- 37
- Ölring
- 38.1
- Führungselement
- 38.2
- Führungselement
- 38.3
- Führungselement
- 39.1
- Ölzufuhröffnung
- 39.2
- Ölzufuhröffnung
- 39.3
- Ölzufuhröffnung
- 40
- Verbindungseinrichtung
- 40.1
- Anlagefläche
- ax
- axiale
Richtung
- r
- Radius
- R
- Rotationsachse
- pK
- Druck
im Kolbenraum
- pA
- Druck
im Ausgleichsraum
- pA*
- Druck
im Ausgleichsraum
- FK
- Kraft
auf Grund des Druckes im Kolbenraum
- FA
- Kraft
auf Grund des Druckes im Ausgleichsraum
- FA*
- Kraft
auf Grund des Druckes im Ausgleichsraum
- A1
- Kontaktstelle
- A2
- Kontaktstelle
- A3
- Kontaktstelle