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Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit
einer geschlossenen Kupplungsglocke gemäß dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
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Aus der DE 197 16 600 A1 ist bereits ein solcher
Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer geschlossenen
Kupplungsglocke bekannt. Bei diesem ist innerhalb der
Kupplungsglocke eine Reibungskupplung von einem
Zentralausrücker ein- und ausrückbar angeordnet. Mittels
dieser Reibungskupplung ist eine Antriebswelle mit einer
Getriebewelle koppelbar. Die Kupplungsglocke ist einerseits
mit einem Gehäuse der Antriebswelle und andererseits mit einem
Gehäuse der Getriebewelle verbunden, so daß der Raum innerhalb
der Kupplungsglocke abgeschlossen ist. Innerhalb dieses Raumes
stützt sich der Zentralausrücker mit seiner feststehenden
Zylinder an dem Getriebegehäuse und mit seiner
axialbeweglichen Kolben an einem Ausrückglied der
Reibungskupplung ab.
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Nachteilhaft an einem solchen Kraftfahrzeugantriebsstrang ist
der reibungsbedingte Temperaturanstieg innerhalb der
abgeschlossenen Kupplungsglocke, der sich unmittelbar auf das
Druckmittel innerhalb des Zentralausrückers auswirkt.
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Die nicht vorveröffentlichte DE 100 49 459.5 zeigt einen
Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Kupplungsglocke, in
welcher eine Strömungswandung angeordnet ist. Diese
Kupplungsglocke ist allerdings nicht geschlossen, sondern
weist Öffnungen in der Gehäusewandung auf.
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Ferner ist aus der DE 197 16 473 A1 ein weiterer
Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Zentralausrücker
bekannt.
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Aus der Veröffentlichung JP 06221344 A ist eine
Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer belüfteten - d. h. mit
einer Öffnung versehenen - Kupplungsglocke bekannt, bei
welchem allerdings ein Stellglied zum Ausrücken der
Reibungskupplung außerhalb der Kupplungsglocke angeordnet ist,
so daß keine Erhitzung des Druckmittels erfolgt.
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Ferner ist aus der US 5,279,182 ein Zweimassenschwungrad einer
Reibungskupplung mit Kühlluftschaufeln und aus der US
4,629,047 eine Tellerfeder einer Reibungskupplung mit
verformten Tellerfederzungen zu Luftumwälzungszwecken bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bauraum sparenden und auch
unter extremen Fahrbedingungen ausfallsicheren
Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Kupplungsglocke zu
schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von
Patentanspruch 1 in vorteilhafter Weise gelöst.
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Ein Vorteil der Erfindung ist der, daß infolge einer
Strömungswandung innerhalb der Kupplungsglocke das gasförmige
Medium - insbesondere Luft - an einem Zentralausrücker vorbei
geführt wird, so dass der Zentralausrücker bzw. das in diesem
befindliche Druckmittel gekühlt wird. Der Zentralausrücker
spart, gegenüber dezentral anlenkenden Stellgliedern Bauraum,
da die in der Kupplungsglocke befindliche axialverschiebliche
Komponente zum ein-/ausrücken der Reibungskupplung und das
Stellglied als eine Einheit ausgeführt sind. Infolge der guten
Kühlung kann der Zentralausrücker besonders kostengünstig und
leicht aus Kunststoff hergestellt werden.
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Da die Temperatur entscheidend in den Verschleiß der
Reibbeläge der Reibungskupplung eingeht, weist die
Reibungskupplung eine höhere Lebensdauer auf.
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Bei hydraulischem Druckmittel ergeben sich folgende Vorteile:
Das viskose Druckmittel bleibt verhältnismäßig dickflüssig,
was sich in einem geringen Verlust - d. h. einer geringen
Leckage - über die Lebensdauer bemerkbar macht.
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Die Ausrück-/Einrückkraft bzw. -zeit bleiben verhältnismäßig
konstant, da die Viskositätsschwankungen gering bleiben.
Insbesondere bei einer automatisierten Betätigung der
Reibungskupplung gemäß Patentanspruch 8 ist dies von Vorteil,
da Steuerungsvorgänge anstatt von Regelungsvorgängen
ausgeführt werden können bzw. da Regelungsvorgänge relativ
unabhängig von der Temperatur sind.
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Auch bei der Verwendung von hygroskopischen Hydraulikfluid ist
in vorteilhafter Weise eine Sieden von aufgenommenem Wasser
sicher ausgeschlossen. Insbesondere bei
Kunststoffzentralausrückern, die gegenüber
Metallzentralausrückern wasserdurchlässiger sind, kommt dieser
Vorteil zum Tragen.
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Infolge der verringerten Temperaturschwankungen können engere
und damit genauere Toleranzen an der Passung zwischen
Zentralausrückerkolben und -zylinder gewählt werden.
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Bei pneumatischem Druckmittel ergibt sich der folgende
Vorteil:
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Die Dichte der Druckluft ist relativ gleichbleibend, weshalb
auch das von dieser eingenommene Volumen gleichbleibend ist.
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Patentanspruch 4 zeigt eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher das unmittelbar an
der Reibungskupplung anliegende und damit thermisch hoch
belastete Ausrücklager besonders gut gekühlt wird. Ferner
werden besonders hohe Strömungsgeschwindigkeiten des
Luftstromes erreicht und damit wird in einem besonderen Maße
Wärme abgeführt.
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Patentanspruch 5 zeigt eine besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher durch
oberflächenvergrößernden Maßnahmen an der Innenseite der
Gehäusewandung der Kupplungsglocke die Fläche, an welcher der
Wärmeübergang stattfindet, vergrößert wird. Damit wird die
Kühlwirkung weiter verbessert. Solche oberflächenvergrößernden
Maßnahmen können beispielsweise zusätzliche Rippen oder eine
Sandstrahlung der Gehäusewandungsoberfläche sein.
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Patentanspruch 7 zeigt eine weitere besonders vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die
Strömungsgeschwindigkeit und damit die übertragene
Wärmeleistung weiter vergrößert wird.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren
Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von zwei in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen näher beschrieben.
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Es zeigen
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Fig. 1 in einem ersten Ausgestaltungsbeispiel einen
Teilbereich eines Antriebsstranges mit einer Kupplungsglocke,
innerhalb derer eine Reibungskupplung angeordnet ist, welche
mittels eines Zentralausrückers ein- und ausrückbar ist,
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Fig. 2 in einem zweiten Ausgestaltungsbeispiel einen
Teilbereich eines Antriebsstranges mit einer Kupplungsglocke
ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei ein Ausrücklager
zusätzlich propellerartige Leitbleche aufweist,
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Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 stellen in einem dritten
Ausgestaltungsbeispiel in vier Schritten ein
Fertigungsverfahren für einen Lageraußenring eines
Ausrücklagers mit propellerartigen Leitblechen dar,
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Fig. 7 und Fig. 8 zeigen in einem vierten
Ausgestaltungsbeispiel ein Ausrücklager für besonders beengte
Platzverhältnisse. Dabei zeigt Fig. 7 eine geschnittene
Darstellung, wobei der Schnitt in einer Ebene liegt, in
welcher auch eine Zentralachse des Ausrücklagers liegt und
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Fig. 9, Fig. 10 und Fig. 11 zeigen eine alternative
Ausgestaltung einer Tellerfeder für einen Reibungskupplung,
bei welcher die Luftströmung innerhalb einer Kupplungsglocke
verstärkt wird.
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Fig. 1 zeigt in einem ersten Ausgestaltungsbeispiel einen
Teilbereich eines Antriebsstranges mit einer Kupplungsglocke
1, innerhalb derer eine Reibungskupplung 3 angeordnet ist,
welche mittels eines Zentralausrückers 2 ein- und ausrückbar
ist.
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Die Kupplungsglocke 1 weist radial außen angeordnete
Flanschbereiche 5 auf, an denen die Kupplungsglocke 1
bewegungsfest mit einem nicht näher dargestellten Motorgehäuse
eines Antriebsmotors verschraubt ist. Der Antriebsmotor ist
eine Brennkraftmaschine, von der in der Fig. 1 nur der
Kurbelwellenflansch 6 ersichtlich ist.
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Die Kupplungsglocke 1 ist einteilig mit einem Getriebegehäuse
7 ausgeführt, welches ein üblich ausgestaltetes
Vorgelegegetriebe aufnimmt. Eine drehbar innerhalb des
Getriebegehäuses 7 gelagerte Getriebeeingangswelle 8 ist
drehfest mit einer Kupplungsscheibe 10 verbunden, welche dazu
in einem radial inneren Bereich eine Verbindungsmuffe 9
aufweist, die mittels einer Welle-Nabe-Verzahnung drehfest und
axialverschieblich gegenüber der Getriebeeingangswelle 8 ist.
Die Kupplungsscheibe 10 ist in einem radial äußeren Bereich 11
axial reibschlüssig zwischen einer Druckplatte 12 und einer
Gegendruckplatte 13 einer Sekundärmasse eines
Zweimassenschwungrades verspannt. Diese Sekundärmasse ist
drehmomentübertragend - aber begrenzt drehbeweglich -
gegenüber einer Primärmasse 15 elastisch abgestützt. Diese
elastische Abstützung wird mittels eines Torsionsdämpfers 16
bewerkstelligt, der im Kraftfluß zwischen der Primärmasse 15
und der Sekundärmasse angeordnet ist und Torsionsschwingungen
reduziert.
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Die Verspannung der Kupplungsscheibe 10 zwischen der
Druckplatte 12 und der Gegendruckplatte 13 erfolgt mittels
einer Tellerfeder 17, welche sich in einem radial äußeren
Bereich an der Druckplatte 12 und in einem radial mittleren
Bereich an einem Kupplungsdeckel 19 abstützt, welcher
bewegungsfest mit der Sekundärmasse verschraubt ist. Die
Tellerfeder 17 ist zur Verdeutlichung der Funktion in der Fig.
1 in der oberen Zeichnungshälfte mit durchgezogenen Linien für
den eingerückten Zustand der Reibungskupplung 3 und mit
gestrichelten Linien für den ausgerückten Zustand der
Reibungskupplung 3 dargestellt.
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Am radial inneren Bereich der Tellerfeder 17 stützt sich
mittelbar der konzentrisch zu einer gemeinsamen Rotationsachse
79 des Kurbelwellenflansches 6, der Reibungskupplung 3 und der
Getriebeeingangswelle 8 angeordnete Zentralausrücker 2 ab. In
der Fig. 1 ist der Zentralausrücker 2 dabei oberhalb der
Rotationsachse 79 der Reibungskupplung 3 in einem im Betrieb
nicht auftretenden voll eingerückten Zustand und unterhalb der
Rotationsachse 79 in einem im Betrieb nicht auftretenden voll
ausgerückten Zustand dargestellt.
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Der Zentralausrücker 2 umfaßt u. a. einen Trägerkörper 20,
einen Ringkolben 21, ein Ausrücklager 22, eine
Schraubendruckfeder 23 und eine Staubschutzmanschette 24.
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Der Trägerkörper 20 ist mit dem Getriebegehäuse 7
bewegungsfest verschraubt. Ferner weist der Trägerkörper 20
zentrisch eine ringförmige Ausnehmung 25 auf. In diese
ringförmige Ausnehmung 25 ist von Seiten der Reibungskupplung
3 der Ringkolben 21 eingesetzt. Der Ringkolben 21 ist gleitend
gegenüber einer radial inneren Zylinderwandung 39 und einer
radial äußeren Zylinderwandung 40 der Ausnehmung 25 gelagert.
Innerhalb der inneren Zylinderwandung 39 erstreckt sich radial
beabstandet die Getriebeeingangswelle 8. Infolge dieses
radialen Abstandes bildet sich ein Ringkanal 55.
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Zur Abdichtung eines Druckraumes, der innerhalb der vom
Ringkolben 21 verschlossenen Ausnehmung 25 gebildet wird,
weist der Ringkolben 21 eine Dichtmanschette 27 auf, deren
Dichtlippen an der radial inneren Zylinderwandung 39 und der
radial äußeren Zylinderwandung 40 anliegen. In einen
Bodenbereich der ringförmigen Ausnehmung mündet ein nicht
näher dargestellter Hydraulikkanal zur Druckbeaufschlagung des
Druckraumes.
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An der außenliegenden Stirnfläche des Ringkobens 21 ist das
Ausrücklager 22 angeordnet, welches als ein Axial/Radial-
Wälzlager ausgeführt ist. Ein Lagerinnenring des Ausrücklagers
22 stützt sich axial an besagter Stirnfläche des Ringkobens 21
ab. Ein Lageraußenring des Ausrücklagers 22 stützt sich im
nicht in der Fig. 1 dargestellten normalen Betriebszustand des
Kraftfahrzeugantriebsstranges infolge der Kraft der
Schraubendruckfeder 23 axial an dem radial inneren Bereich der
Tellerfeder 17 ab.
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Der Zentralausrücker 2 ist radial außen von einer
Strömungswandung 60 umgeben, die über mehrere umfangsmäßig
gleichmäßig verteilten Stege 61a, 61b an der Kupplungsglocke 1
befestigt ist. Dabei sind in der Zeichnung zur zwei der Stege
61a, 61b ersichtlich. Die Strömungswandung 60 bildet eine
Scheibenform mit zentraler Außnehmung und s-förmigen Profil.
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Im Betrieb des Antriebsmotors dreht sich der
Kurbelwellenflansch 6 und mit diesem die Reibungskupplung 3.
Ein Luftstrom 63 wird innerhalb der geschlossenen
Kupplungsglocke 1 durch die drehende Reibungskupplung 3
gefördert, so dass die Luftteilchen entlang dem
Zentralausrücker 2 in die auf die Reibungskupplung 3 weisende
Richtung strömen. Die Luftteilchen strömen an einem
Innenkantenbereich 62 der Strömungswandung 60 vorbei und in
einen radial inneren Bereich der Reibungskupplung 3 ein. Von
dort werden die Luftteilchen in einem Spalt zwischen der
Primärmasse 15 und der Gegendruckplatte 13 radial nach außen
gefördert, bis diese am Außenumfang der Reibungskupplung 3 auf
eine Gehäusewandung der Kupplungsglocke 1 treffen. Von dort
aus bewegen sich die Luftteilchen entlang der besagten
Gehäusewandung in die auf das Getriebegehäuse 7 weisende
Richtung. Dabei durchströmen die Luftteilchen Durchtritte der
Strömungswandung zwischen den Stegen 61a, 61b bis hin zu einer
Trennwand des Getriebegehäuses 7. Entlang dieser Trennwand
werden die Luftteilchen radial von Außen nach Innen und
schließlich entlang dem Trägerkörper 20 und dem
Zentralausrücker 2 zurück in die Reibungskupplung 3 geleitet.
Stark vereinfacht dargestellt strömen die Luftteilchen somit
entlang der Mantelfläche einer Torusringform.
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Fig. 2 zeigt in einem zweiten Ausgestaltungsbeispiel einen
Teilbereich eines Antriebsstranges mit einer Kupplungsglocke
201 ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch ein
Ausrücklager 222 zusätzlich propellerartige Leitbleche 233
aufweist. Ferner weist eine Reibungskupplung 203 in diesem
zweiten Ausgestaltungsbeispiel eine
Verschleissnachstelleinrichtung 270 mit einer
kraftsensierenden Sensorfeder 271 auf.
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An der außenliegenden Stirnfläche des Ringkobens 221 ist das
Ausrücklager 222 angeordnet, welches als ein Axial-/Radial-
Wälzlager ausgeführt ist. Ein Lagerinnenring des Ausrücklagers
222 stützt sich axial an besagter Stirnfläche des Ringkobens
221 ab. Ein Lageraußenring des Ausrücklagers 222 stützt sich
axial an dem radial inneren Bereich der Tellerfeder 217 ab. An
dem Lageraußenring des Ausrücklagers 222 des Zentralausrückers
202 sind propellerartige Leitbleche 233 befestigt, welche
einen geringen Spalt zu einer zylindrischen Hülse 262 einer
Strömungswandung 260 aufweisen. Die Hülse 262 bildet dabei
eine zentrale Ausnehmung der Strömungswandung, innerhalb derer
der Zentralausrücker 202 angeordnet ist. Die Strömungswandung
260 ist ab der Hülse 262 als ein sich radial nach außen
aufweitendes Blech ausgeformt, welches über mehrere
umfangsmäßig gleichmäßig verteilten Stege 261a, 261b an der
Kupplungsglocke 201 befestigt ist.
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Die propellerartigen Leitbleche 233 beschleunigen die
Strömungsgeschwindigkeit v eines Luftstromes. Damit steigt
gemäß der Formel P = α(v).A.ΔT die übertragene
Wärmeleistung, wobei
- - P die übertragene Wärmeleistung,
- - α(v) der Wärmeübergangskoeffizient als Funktion der
Strömungsgeschwindigkeit v der Luft
- - A die Fläche, auf welcher der Wärmeübergang stattfindet
und
- - ΔT die Temperaturdifferenz zwischen den Bauteilen der
Wärmeübertragung
ist.
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Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 stellen in einem dritten
Ausführungsbeispiel in vier Schritten ein Fertigungsverfahren
für einen Lageraußenring eines Ausrücklagers mit
propellerartigen Leitblechen dar.
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Dabei wird eine flache, zentrisch gelochte Metallscheibe 301
zu einem Topf 302 tiefgezogen.
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Anschließend wird der Topf gemäß Fig. 4 an dessen Randbereich
zu einem - in Fig. 5 ersichtlichen - radial nach aussen
kragenden Bord 331 ausgeformt. Anschließend werden Leitbleche
333 ausgestanzt, die ähnlich einem Propeller ausgeformt sind.
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Fig. 7 und Fig. 8 zeigen ein viertes Ausgestaltungsbeispiel
eines Ausrücklagers für besonders beengte Platzverhältnisse.
Dabei zeigt Fig. 7 eine geschnittene Darstellung, wobei der
Schnitt in einer Ebene liegt, in welcher auch die Zentralachse
des Ausrücklagers liegt.
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Das Ausrücklager umfasst einen Lageraußenring 428, einen
Lagerinnenring 429, propellerartige Leitbleche 433 und mehrere
Wälzlagerkugeln 480. Um die Strömung der Luft in die auf die
Reibungskupplung weisende Richtung zu gewährleisten ist eine
Motordrehrichtung 499 notwendig.
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Die Fertigung des Lageraußenringes 428 erfolgt ähnlich dem in
Fig. 3 bis Fig. 6 gezeigten ersten Verfahren.
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Im Unterschied zum ersten Verfahren wird jedoch ein Bord 431
ein weiteres mal gefaltet, so daß die wesentliche Erstreckung
des ringförmigen Bordes 431 parallel zur Zentralachse des
Ausrücklagers verläuft. Die Leitbleche 433 sind aus den
ringförmigen Bord 431 ausgestanzt, so daß im Bord 431 ein
Fenster 495 verbleibt. Die Leitbleche 433 sind, ebenso wie die
Fenster 495, im Bezug auf die Zentralachse im Winkel geneigt.
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Fig. 9. Fig. 10 und Fig. 11 zeigen eine alternative
Ausgestaltung einer Tellerfeder 517 für einen
Reibungskupplung, bei welcher die Strömungsgeschwindigkeit und
damit die übertragenen Wärmeleistung eines Luftstromes
innerhalb einer Kupplungsglocke verstärkt wird.
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Wie aus Fig. 11, welche ein Detail von Fig. 10 in einer
Ansicht gemäß Linie XI-XI darstellt, ersichtlich ist, sind bei
Tellerfeder 517 sich radial erstreckende Tellerfederzungen 518
gegenüber dem radial äußeren Randbereich 520 der Tellerfeder
517 um einen Winkel β verdreht.
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Anstelle der gezeigten Verdrehung der Tellerfeder um den
Winkel β sind beliebige andere Verdrehungen der
Tellerfederzungen 518 vorstellbar, so dass Luft in alle
erdenklichen Bereiche des Kupplungsglockeninnenraumes leitbar
ist. Insbesondere sind Verformungen denkbar, welche den
Luftstrom radial nach außen lenken.
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Ferner sind in weiteren Ausgestaltungen der Erfindung
Leitschaufeln an beliebigen Stellen der Reibungskupplung bzw.
des Zweimassenschwungrades anordenbar. So können die
Leitschaufeln beispielsweise an der Druckplatte und/oder an
der Primärmasse angeordnet sein. Insbesondere eine Anordnung
im Bereich des Spaltes zwischen der Druckplatte und der
Primärmasse ist sinnvoll.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die
Strömungswandung ausschließlich einen einzigen Durchtritt im
radial äußeren Bereich aufweisen, wobei im Bereich dieses
Durchtrittes spezielle Kühleinrichtungen an der
Kupplungsglocke angeordnet sind.
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Eine Strömungswandung kann sowohl aus Blech als auch
kostengünstig aus Kunststoff hergestellt werden und im
kupplungsglockeninneren Raum ohne Verschraubungen
montagefreundliche eingeclipst werden oder auch an einer der
vorhandenen Verschraubungspunkte des Zentralausrückers
mitbefestigt werden. Ebenso sind spezielle Schweissverfahren
zur Befestigung möglich.
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Die in den Ausgestaltungsbeispielen gezeigten Gehäuse - d. h.
Getriebegehäuse, Antriebsmotorgehäuse und Kupplungsglocke -
bilden eine bewegungsfest verbundene Einheit. Demzufolge sind
je nach vorhandenen Einbauverhältnissen der
Strömungskanalverlauf und die Abstützung des Trägerkörpers an
einem der drei Gehäuse anordenbar. So kann in einer weiteren
Ausgestaltung der Trägerkörper des Zentralausrückers auch
einteilig mit der Kupplungsglocke bzw. dem Getriebegehäuse
ausgeführt sein.
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In sämtlichen Ausgestaltungen kann eine wegsensierende oder
eine kraftsensierende Verschleißnachstellung zwischen der
Tellerfeder und der Druckplatte angeordnet sein. Durch die
Abkühlung der Reibungskupplung gemäß der Erfindung entsteht
insbesondere bei einer kraftsensierenden
Verschleißnachstellung der Vorteil, dass die dort
üblicherweise zur Verschleißsensierung verwendete Sensorfeder
keiner starken temperaturbedingten Kennlinienveränderung
unterliegt, so dass die Verschleißsensierung und damit die
Verschleißnachstellung exakter erfolgt, als wenn die Kennlinie
der Sensorfeder sich temperaturbedingt verändern würde.
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Die propellerartigen Leitbleche an dem Ausrücklager können in
weiteren Ausgestaltungen der Ausrücklager auch an den
Lagerinnenringen angeordnet sein.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um
beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der
beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen
ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht
beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden
Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten
Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.