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Aus einer hydrodynamischen Kupplung und einer hydraulisch zu betätigenden
mechanischen Reibungskupplung bestehende Kupplungseinrichtung zur Verbindung einer
treibenden Welle mit einer getriebenen Welle, insbesondere einer Motorwelle mit
der Antriebswelle eines übersetzungsgetriebes Die Erfindung betrifft eine aus einer
hydrodynamischen Kupplung und einer hydraulisch zu betätigenden mechanischen Reibungskupplung
bestehende Kupplungseinrichtung zur Verbindung einer treibenden Welle mit einer
getriebenen Welle, insbesondere einer Motorwelle mit der Antriebswelle eines übersetzungsgetriebes,
bei welcher die hydrodynamische Kupplung durch die mechanische Reibungskupplung
überbrückt werden kann, die in einem mit der treibenden Welle und dem Pumpenrad
der hydrodynamischen Kupplung drehfest verbundenen Gehäuse angeordnet und mit einer
innerhalb des Gehäuses drehfesten, aber axial verschiebbaren, mit dem mit der getriebenen
Welle in Verbindung stehenden. Reibteil der Reibungskupplung zusammenwirkenden Druckplatte
versehen ist, wobei der Innenraum des Gehäuses in zwei benachbart nebeneinanderliegende,
veränderbaren Flüssigkeitsdrücken aussetzbare Druckkammern unterteilt ist.
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Das Einrücken solcher Kupplungseinrichtungen erfolgt grundsätzlich
durch Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes auf der einen Seite der Druckplatte oder
eines besonderen vorgeschalteten Kolbens, während zum Ausrücken für gewöhnlich mechanische
Federn vorgesehen sind, die die Druckplatte nach Absenkung des Flüssigkeitsdruckes
in ihre Ausrückstellung zurückziehen. Es ist auch bekannt, die Kupplungsplatte im
ausgerückten Zustand ohne Verwendung besonderer mechanischer Federn lose auf den
Kupplungslamellen schleifen zu lassen. Bei einer bekannten Ausführungsform ist ein
die Druckplatte betätigender besonderer Kolben von einer am inneren und äußeren
Umfang dichtend eingespannten Membran gebildet, die beim Ausrücken von der Druckplatte
abhebt.
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Ein besonderes Problem solcher Kupplungseinrichtungen, das insbesondere
bei hohen Drehzahlen auftritt, besteht in dem Ausgleich der auf die Betätigungsflüssigkeit
wirkenden Zentrifugalkräfte, die zumeist das Lösen der Kupplung bei höheren Drehzahlen
erschweren. Zur Abhilfe ist es bekannt, die mechanischen Ausrückfedern entsprechend
stärker zu bemessen. Dies bedingt jedoch bei niedrigen Drehzahlen größere Flüssigkeitsdrücke
zum sicheren Einrücken der Reibungskupplung und ist daher unbefriedigend. Aufgabe
der Erfindung ist es, eine aus einer hydrodynan-üschen Kupplung und einer hydraulisch
zu betätigenden mechanischen Reibungskupplung bestehende Kupplungseinrichtung der
obengenannten Art so auszubilden, daß bei vereinfachter Konstruktion der hydraulisch
beaufschlagten Betätigungsglieder der Reibungskupplung ein weitgehender selbsttätiger
Ausgleich der auf die Betätigungsflüssigkeit wirkenden Zentrifugalkräfte stattfindet.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die auf
der getriebenen Welle flüssigkeitsdicht, jedoch axial verschieblich und drehbar
geführte Druckplatte drehfest mit dem Innenrand einer als Ringscheibe ausgebildeten
und mit ihrem Außenrand drehfest am Innenumfang des Gehäuses eingespannten Membran
verbunden ist, durch die Meinbran und die Druckplatte eine Unterteilung des Gehäuseinnenraumes
in zwei Druckkammern erfolgt und die Membran derart bemessen ist, daß bei Druckausgleich
zwischen den beiden Druckkammern die Diuckplatte durch die Eigenfederung der Membran
in die Ausrückstellung bewegt und darin festgehalten wird, während durch Druckabbau
in der einen Druckkammer die Reibungskupplung eingerückt wird.
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Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung eines in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels, bei welchem die Kupplungseinrichtung
mit einem stufenlos regelbaren Friktionsscheibengetriebe verbunden ist, näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein mit der erfindungsgemäßen
Kupplungseinrichtung ausgerüstetes Friktionsscheibengetriebe und
F
i g. 2 im vergrößerten Maßstab einen Längsschnitt durch die Kupplungseinrichtung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel schafft die eingerückte Reibungskupplung
eine direkte Antriebsverbindung zwischen einer Motorkurbelwelle und der Antriebswelle
des Friktionsscheibengetriebes, während bei gelöster Reibungskupplung eine treibende
Verbindung zwischen der Motorkurbelwelle und der Antriebswelle über die hydrodynamische
Kupplung hergestellt wird.
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In F i g. 1 ist auf der linken Seite das Endstück einer Kurbelwelle
10 eines nicht dargestellten Motors und auf der rechten Seite das Anfangsstück
einer Getriebeabtriebswelle 12 angedeutet. Ein IC-upplungsgehäuse 14 enthält eingesetzt
einen äußeren Pumpenmantel 16 mit inneren Pumpenflügeln 18. Mantel
16
und Flügel 18 bilden ein Pumpenrad 20. Die Nabe 22 des Pumpenrades
20 erstreckt sich axial bis in einen Abschlußdeckel 24 einer Flüssigkeitsdruckpumpe,
welche an einer senkrechten Wand 26 des Gehäuses für das später beschriebene
Friktionsscheibengetriebe befestigt ist.
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Ein vor dem Pumpenrad 20 liegendes Turbinenrad 28 besteht aus
einem äußeren Mantel 30 und eingesetzten Turbinenschaufeln 32. Die
Nabe des Turbinenrades 28 ist mittels einer Keilverzahnung oder in anderer Weise
fest mit der Antriebswelle 34 für das vorgenannte Friktionsscheibengetriebe verbunden.
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Das Kupplungsgehäuse 14 ist durch eine als Gegendruckplatte
36 der Kupplung dienende Endwand abgeschlossen, die mittels Schrauben
38 an einem Umfangsflansch des Gehäuses befestigt ist. DerNabenteil der Endwand
ist als Führungszapfen 40 ausgebildet und in eine Pührungsbohrung am Ende der Kurbelwelle
10 eingesetzt. Die Kurbelwelle 10 ist antriebsmäßig mit der Gegendruckplatte
36
durch eine Treibplatte 42 verbunden, die mittels Schrauben 44 an einem
Flansch der Kurbelwelle 10
und mittels Schrauben 46 am Außenrand der Gegendruckplatte
36 befestigt ist. Der Außenrand der Treibplatte 42 trägt in üblicher Weise
einen Anlasserzahnkranz 48.
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Ein ringföriniges Zwischenstück 50 ist mit einem Umfangsflansch
52 zwischen der Gegendruckplatte 36 und dem Endrand des Kupplungsgehäuses
14 eingefügt und ebenfalls durch die Schrauben 38 befestigt.
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Mit dem Zwischenstück 50 wirkt der Außenrand einer ringförmigen
Membran 54 zusammen. Das Zwischenstück 50 besitzt einen nach innen gerichteten
Randflansch 56 mit einer seitlichen Ringnut zur Aufnahme eines 0-Dichtringes
58. Der Außenrand der Membran 54 erfaßt den Randflansch 56 derart,
daß der 0-Dkhtring 58,ehne wirksame Dichtung zwischen dem Zwischenstück
50 und der Membran 54 sichert. Ein Sicherungsring 60, vorzugsweise
der mehrfach gewundenen Art, ist innerhalb einer entsprechend angeordneten, der
rechten Seite des Außenrandes der Membran 54 benachbart liegenden Ausnehmung ein-.gesetzt,
um die letztere wirksam mit dem Zwischenstück SO zusammenzuhalten.
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Der Innenrand der Membran ist mittels entsprechender Klemmschrauben
64 mit einer Druckplatte 62 verbunden.;Diese besitzt eine zentrale Bohrung,
durch welche sich die Antriebswelle 34 erstreckt * Die Druckplatte
62 ist auf der Antriebswelle 34 verschiebbar gelagert, und ein auf der Antriebs-welle
34 angeordneter Dichtring 66 bildet eine Gleitdichtung zwischen der Druckplatte
62 und der Antriebswelle 34.
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Der Außenrand der Druckplatte 62 ist mit einer Reibfläche
68 versehen, die einer Reibfläche 70 an der Innenseite der Gegendruckplatte
62 gegenüberliegt.
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Eine Kupplungsscheibe 72 erstreckt sich bis zwischen die Reibflächen
68 und 70 und ist mittels einer an sich bekannten Verbindung
76 an einer Kupplungsnabe 74 befestigt, welche einen sich radial erstreckenden
Flansch 80 mit Ausnehmungen besitzt, in denen übliche Dämpfungsfedern
78 eingefügt sind. Die Kupplungsscheibe 72 ist durch Nietung oder
in anderer Weise fest an einer scheibenförmigen Platte 32 befestigt, die zusammen
mit einer Käfigplatte 84 eine Einfassuno, für die Dämpfungsfedern 78 bildet.
Diese Einfassung ergreift die axialen Enden der Dämpfungsfedern 78, so daß
eine geringe freie Bewegung zwischen der Kupplungsnabe 74 und der Kupplungsscheibe
72 in Umfangsrichtung durch die nachgiebigen Dämpfungsfedem 78 zugelassen
ist. Die Kupplungsnabe 74 ist mittels einer Keilverzahnung 86 drehfest mit
der Antriebswelle 34 verbunden.
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Die Membran 54 teilt zusammen mit der Druckplatte
62 den Innenraum des Kupplungsgehäuses 14 in zwei benachbart nebeneinanderliegende
Flüssigkeitskammern.
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Die Öegendruckplatte 36, die Druckplatte 62 und die
Membran 54 umschließen zusammen die Druckkammer 87. Die Druckplatte
62 ist mit wenigstens einer Durchbrechung 88 versehen, um eine gleichmäßisie
Verteilun2 des Flüssigkeitsdruckes innerhalb der gesamten Druckkammer
87 zuzulassen.
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Die an der rechten Seite der Membran 54 iin K-upplungsgehäuse 14 liegende
Druckkammer 89 ist, wie die F i g, 1 und 2 zeigen, dem Ladungsdruck
des Pumpenrades 20 ausgesetzt. Dieser Ladungsdruck- übt auf die Membran 54 und auf
die Druckplatte 62 eine Druckkraft aus mit dem Ziel, die letztere in Reibverbindung
mit der Kupplungsscheibe 72 zu bringen, um die Kurbelwelle 10 mit
der Antriebswelle 34 treibend zu verbinden. Die Kraft, die durch diesen Druck erzeugt
wird, ist der Druckkraft in der Druckkammer 87 auf der linken Seite der Membran
54 entgegengesetzt, wie aus F i g. 1 und 2 erkennbar ist, so daß der Klemmdruck,
der durch die Druckplatte 62 ausgeübt werden kann, proportional der Druckdifferenz
zwischen den Flüssigkeitsdrücken in den beiden Kammern 87 und 89 ist.
Der Flüssigkeitsdruck wird der Druckk2mmer 87 auf der linken Seite der Meinbran
54 durch eine Zentralbohrung 90 in der Antriebswelle 34 zugeführt. Er verteilt
sich aus der Bohrung 90 um das linke Ende der Antriebswelle 34 und dringt
dann durch das Nadellager 92 und durch nicht dargestellte Nuten in Gegendruckscheiben
94 weiter in die genannte Druckkammer. Das Nadellager 92 ist meine Lagerbohrung
in der Nabe der Gegendruckplatte 36 eingesetzt, und das linke Ende der Antriebswelle
34 ist dadurch drehbar in der Gegendruckplatte 36 gelagert.
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Das rechte Ende der Zentralbohrung 90 ist mit einer Radialbohrung
95 verbunden, welche in eine Ringnut 96 mündetdiein der Wand 26,des
Gehäuses des Friktionsscheibengetriebes angeordnet ist.
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Die Ringäut 96 ihrerseits steht mit einem Kanal 98
in
Verbindung, der einen Teil eines nicht dargestellten automatischen Regel- und Steuerkreises
bildet.
Dieser Regel- und Steuerkreis wird mit Druckflüssigkeit
von einer Flüssigkeitsdruckpumpe 100 her gespeist. Diese Druckpumpe ist eine
Verdrängerpumpe und zwischen dem Pumpendeckel 24 und der Gehäusev;,2i-d
26 angeordnet. Das Antriebsglied der Drucirptimpe 100 ist durch Keilverzahnung
oder in anderer Weise fest mit einer axialen Verlängerung der Nabe 22 des Pumpenrades
20 verbunden.
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Die Antriebswelle 34 trägt eine Nahe 102 für eine Gruppe von Sonnenscheiben
104 (F i g. 1). Die Nabe 102 ist zweckmäßig mittels einer Keilverzahnung
106
auf der Antriebswelle 34 befestiat. Die Sonnenscheiben 104 sind als Friktionsscheiben
mit verstärktem äußerem Umfangsrand ausgebildet und mittels Keilverbindung mit der
Nahe 10f in axialer Richtung verschiebbar verbunden. Eine Gegendruckplatte
108
wird ebenfalls von der Nabe 102 getragen. Eine axiale Bewegung dieser
Druckplatte ist durch einen Sieherungsring verhindert.
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Auf eine auf der Nabe 102 verschiebbar gelagerte Klemmplatte
110 wird mittels eines zylindrischen Druckkolbens 112 ein Klemmdruck ausgeübt.
Zwischen dem Druckkolben 112 und der Klemmplatte 110 ist ein Druckring 114
eingesetzt.
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Der Druckkolben 112 liegt verschiebbar konzentrisch um einen hohlzylindrischen
Körper 116, der seinerseits konzentrisch die Antriebswelle 34 umgibt und
darauf durch Sicherungsringe festgelegt ist. Der Druckkolben 112 und der hohlzylindrische
Körper 116 umschließen eine Druckkammer 118, der Druckflüssigkeit
durch Kanäle 120 zugeführt wird. Diese Kanäle stehen mit anderen innerhalb der Antriebswelle
34 angeordneten Kanälen in Verbindung, die einen Teil des obengenannten Regel- und
Steuerkreises bilden.
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Das rechte Ende der Antriebswelle 34 ist in einer Nabe 122 einer Getriebetrommel
124 drehbar gelagert. Die Getriebetrommel 124 ist verbunden mit und getragen von
einer Endwand 126, die fest mit der Nabe 122 vereinigt ist. Die Nabe 122
ist ihrerseits mittels einer Keilverzahnung 128 mit dem linken Ende der Getriebeabtriebswelle
12 verbunden.
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Das Innere der Getriebetrommel 124 trägt eine Keilverzahnung, um eine
treibende Verbindung mit einer Gruppe außen keilverzahnter Friktionsringscheiben
130 zu erhalten, die, wie F ig. 1 zeigt, Seite an Seite innerhalb
der Getriebetrommel eingesetzt sind. Eine Geaendruckplatte 132 für die Ringscheiben
130 ist in der Getriebetrommel 124 angeordnet. Eine axiale Bewegung dieser
Gegendruckplatte ist durch einen entsprechenden Sicherungsring verhindert. Auf die
Gruppe der Ringscheiben 130 wird durch eine ringförmige Druckplatte 134 unter
Zwischenschaltung eines Druckringes 136 von mehreren Druckfedern
138, die gegen die Endwand 126 abgestützt sind, ein Klemmdruck ausgeübt.
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In die Getriebewand 26 sind mehrere Achsbolzen 140, von denen
einer in F i g. 1 dargestellt ist, fest eingesetzt, die je eine Hülse
142 tragen. Die freien Enden der Achsbolzen sind im Durchmesser verringert und durch
einen Tragring 144 fest miteinander verbunden. Jede Hülse 142 ist, wie im unteren
Teil der F i g. 1 angedeutet, mit einem Paar im Abstand zueinander liegender
Tragarme 146 und 148 versehen, in denen eine Keilwelle 150 drehbar gelagert
ist. Auf jeder dieser Keilwellen 150 sind mehrere mit einer inneren Keilverzahnung
versehene Planetenscheiben 152 angeordnet. Die Planetenscheiben
152
sind in axialer Richtung auf der Keilwelle 150 frei verschiebbar,
wobei eine relative Drehung zwischen ihnen durch die Verzahnung mit der Keilwelle
150
verhindert ist. Die Planetenscheiben 152 sind in zwei Gruppen 154
und 156 aufgeteilt. Die Planetenscheiben der Gruppe 154 stehen im Friktionseingriff
mit den Sonnenscheiben 104 und sind im wechselseitigen Verhältnis mit Bezug zu diesen
angeordnet. In ähnlicher Art stehen die Planetenscheiben der Gruppe 156 in
reibender Verbindung mit den Ringscheiben 130.
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Die Planetenscheiben der Gruppen 154 und 156
besitzen ein konisches
Querschnittprofil, und die Innenräder der Ringscheiben 130 und die Außenräder
der Sonnenscheiben 104 sind verstärkt, um eine einwandfreie Reibverbindung zwischen
sich und den Oberflächen der Planetenscheiben zu ermöglichen.
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Eine der Hülsen 142 ist mit einem Schwenkarm 158 versehen,
der zusammen mit der Hülse in die eine oder andere Richtung um den entsprechenden
Achsbolzen 140 mittels eines in F i g. 1 als Ganzes angedeuteten Servomotors
160 geschwenkt werden kann. Jede Hülse 142 ist mit einem Zahnradsegment
162 ausgerüstet, welches in ein Zahnrad 164 eingreift, das drehbar auf einem
nabenförmigen Ansatz 166 der Getriebewand 26 gelagert ist. Wenn der
Schwenkarm 158 durch den Servomotor 160 gedreht wird, werden alle
Hülsen 142 im Gleichgang mitgedreht, und die auf jeder Keilwelle 150 angeordneten
Planetenscheiben werden durch das Verschwenken der von den Hülsen 142 ausgehenden
Tragarine 146, 148 deshalb entweder in radialer Richtung nach innen oder außen bewegt.
In F i g. 1 befinden sich die Gruppen 154 und 15.6 der Planetenscheiben
in einer Stellung, in der für das Friktionsseheibengetriebe das größte übersetzungsverhältnis
gegeben ist. Die Außenränder der Sonnenscheiben 104 erfassen treibend die radial
am weitesten innen liegenden Zonen der Planetenscheiben der Gruppe 154, und die
Innenränder der Ringscheiben 130 erfassen die Außenränder der Planetenscheiben
der Gruppe 156.
Wenn die Keilwelle 150 jeder der Planetenscheibenanordnungen
mit Bezug zur Antriebswelle 34 in radialer Richtung nach außen bewegt wird, wird
sich das relative übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle34 und der Abtriebswelle12
fortschreitend verringern. Eine stufenlose Veränderung des übersetzungsverhältnisses
kann also durch entsprechende Regelung des Druckes, der dem Servomotor
160 erteilt wird, erreicht werden.
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Die Abtriebswelle 12 ist mittels entsprechender Wälzlager
170 und 172 drehbar in einem Gehäuseansatz 168 (yela rt. Die
vorgenannte Getriebe-wand C ge 26 und der Gehäuseansatz
168 bilden ein Teil eines Getriebegehäuses 174 für das Friktionsscheibengetriebe.
Ein anderer Gehäuseteil 176 umschließt die hydrodynamische Kupplung und die
Reibungskupplung. Die Gehäuseteile 176 und 174 bilden zusammen eine Gesamteinheit.
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Während des Betriebes kann die Druckkammer 87
an der linken
Seite der Membran 54 unter Druck gesetzt werden, wodurch die Kupplungsseheibe
72 ausgerückt und somit die Reibungskupplung gelöst wird. Das Drehmoment
wird dann von der Kurbelwelle 10
durch die hydrodynamische Kupplung über die
Antriebswelle 34 auf die Sonnenscheiben 104 übertragen. Wenn es jedoch erwünscht
ist, die hydrodynamische Kupplung zu umgehen und einen anderen
übertragungsweg
für das Drehmoment zwischen der Kurbelwelle 10 und den Sonnenscheiben 104
zu schaffen, kann der Druck in der Druckkamrner 87
auf der linken Seite der
Membran 54 durch die Zentralbohrung 90 abgelassen werden. Hierdurch kommt
der Ladungsdruck in der hydrodynamischen Kupplung voll zur Wirkung auf die Membran
54, wodurch die Reibungskupplung eingerückt wird und eine unmittelbare treibende
Verbindung zwischen der Kurbelwelle 10 und der Antriebswelle 34 hergestellt
wird.
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Wenn die Gesamtkupplung mit einer relativ hohen Geschwindigkeit umläuft,
entsteht auf jeder Seite der Membran 54 ein gleich großer Zentrifugaldruck, so daß
eine nicht kompensierte Differenzkraft auf die Membran als Folge der Zentrifugaldrücke
im wesentlichen ausgeschaltet ist, so daß unter allen Betriebsbedingungen ein gleichbleibender
Klemmdruckwert aufrechterhalten bleibt.
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Wenn die Reibungskupplung eingerückt ist, dient -die Membran 54 zur
übertragung des Drehmomentes von der Kurbelwelle 10 zur Kupplungsscheibe
72.
Die Membran 54 wirkt in dieser Weise als Antriebsplatte oder als Drehmomentübertragungsglied.
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Die Membran 54 wirkt auch als eine Membranfeder (Tellerfeder), die
normalerweise die Druckplatte 62 in die Ausrückstellung der Reibungskapplung
bewegt. Wenn z. B. die Reibungskupplung eingerückt wird, gibt die Membran 54 unter
der auf sie wirkenden Kraft des Flüssigkeitsdruckes in Richtung zur Kupplungsscheibe
72 nach. Die federnden Eigenschaften der Membran 54 unterstützen deshalb
umgekehrt den die Kupplung lösenden Druck. Wenn sowohl die hydrodynamische Kupplung
als auch die Druckkammer 87 auf der linken Seite der Membran 54 druckentlastet
sind, wird die Membran 54 die Reibungskupplung lösen, ohne daß dazu Flüssigkeitsdruckkräfte
benötigt werden.
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