DE9106611U1

DE9106611U1 - Kupplungsscheibe

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Publication number: DE9106611U1
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Authority: DE
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 1991-10-24
Anticipated expiration: 2001-05-30
Also published as: GB2244529A; JPH04249621A; GB9111037D0; FR2662770B1; DE4117614B4; DE4117614A1; US5096036A; GB2244529B; FR2662770A1

Description

Beschrei bung

Die Neuerung betrifft Kupplungsscheiben mit Vielfachpol, wie sie in elektromagnetischen Kupplungen oder Bremsen verwendet werden. Die Kupplungsscheibe kann Teil eines rotierenden oder nicht rotierenden Feldes sein, oder sie kann ein rotierender oder nicht rotierender Anker sein. Eine typische elektromagnetische Kupplung ist in dem US-Patent 4 187 939 beschrieben, wobei diese Kupplung eine elektromagnetische Kupplung ist mit einer rotierenden Ankerscheibe aus einem magnetischen Material wie z.B. Stahl und mit einem Feld mit einer rotierenden Kupplungsscheibe oder einem Rotor, die bzw. der ebenfalls aus einem magnetischen Material bestehen. Wenn die Wicklung der Feldspule erregt ist, entsteht ein magnetischer Fluß zwischen dem Rotor und dem axial gegenüberliegenden Anker, wodurch der Letztere im Eingriff mit der Arbeitsfläche des Rotors angezogen wird, um die beiden Teile zur Drehung miteinander zu kuppel &eegr; .

In der in dem vorgenannten Patent beschrie benen Kupplung ist der Anker mit einem Ring mit im Winkel beabstandeten Schlitzen versehen, und der Rotor hat zwei konzentrische Ringe mit im Winkel beabstandeten Schlitzen, die an gegenüberliegenden Seiten des Ringes der Schlitze im Anker liegen. Die Schlitze bilden Luftspalte mit hoher Reluktanz, wodurch durch Rotor und Anker vier magnetische Pole gebildet werden, welche das Drehmoment einer Kupplung, die eine Wicklung gegebenen Durchmessers hat, erhöhen. Durch Bereitstellung eines weiteren Ringes von Schlitzen im Rotor und im Anker kann die Kupplung als eine Sechs-Pol-Kupplung aufgebaut werden mit einer noch höheren Drehmoment-Kapazität.

Bisher sind diese Schlitze konventionell im Rotor und im Anker gestanzt worden. Die gegenwärtig anwendbaren Stanztechniken

bedingen aber allgemein, daß die radiale Breite der Schlitze im wesentlichen nicht kleiner sein kann als etwa 3/4 der Dicke der Scheibe. Es ist deshalb relativ schwierig, mehrere Ringe von Schlitzen in einer verhältnismäßig dicken Scheibe, die einen relativ kleinen Durchmesser hat, zu stanzen. Beim Stanzen der Schlitze entstehen ferner Grate an den Kanten der Schlitze, was zu Beschränkungen bei der Lage der Schlitze in der Scheibe und der Gestalt der Schlitze führen kann. Es ist ferner schwierig, Konzentrizitat zwischen benachbarten Reihen von Schlitzen einzuhalten und es ist ferner schwierig, alle Teile der Scheibe in gleichmäßiger Dicke zu halten. Die Konstruktion der Scheibe wird damit mindestens teilweise durch Werkzeug-Überlegungen statt durch die magnetischen Eigenschaften vorgeschrieben.

Als eine Alternative zum Schlitzen des Rotors und des Ankers zur Bildung von Luftspalten mit hohem magnetischen Widerstand (Reluktanz), können Kanäle maschinell in den Scheiben hergestellt und dann mit einem nichtmagnetischen Material ausgefüllt werden, um Sperren hoher Reluktanz zwischen den Polen zu schaffen. Danach kann die Scheibe bearbeitet werden, um den Boden der magnetischen Kanäle zu entfernen und Fluß-Leckagewege zu eli mi nieren, die sonst über den Boden der Kanäle entstehen. Dieses Herstellungsverfahren ist jedoch relativ teuer und wird noch teurer, wenn die Scheibe mit zwei oder mehr Ringen hoher Reluktanz versehen wird.

Die Herstellung der Schlitze in einer Kupplungsscheibe unter Verwendung eines Laserstrahles ist in dem US-Patent 4 685 202 beschrieben. Bei dieser Methode erzeugt der Laserstrahl kontinuierliche Schlitze, die unmittelbar anschließend mit nicht magnetischem Material aufgefüllt werden. Alternativ können nach dieser Methode im Winkel beabstandete Schlitze hergestellt werden, die durch nicht magnetische Brücken getrennt sind, die durch

Auffüllen der Zwischenräume zwischen den Schlitzen mit nicht magnetischem Material gebildet werden.

Die dem zu vorgenannten Patent beschriebenen Verfahren stellen bereits Verbesserungen bei dieser Art magnetischer Kupplungsscheiben dar. Aber auch diese Verfahren unterliegen Einschränkungen. Beispielsweise erfordert die Herstellung von Schlitzen einer wesentlichen radialen Breite die Verwendung eines sehr energiestarken Lasers mit einem Strahl beträchtlichen Durchmessers. Ferner ist das Rückfüllen der Schlitze oder Teile von diesen mit Beschränkungen verbunden hinsichtlich des Querschnitts und/oder der Ausrichtung der Schiitze.

In der US-Patentanmeldung Nr. 133 145 vom 14. 12. 1987 wird eine weitere Methode zur Herstellung von Schlitzen in einer elektromagnetischen Kupplungsscheibe mit Hilfe eines Lasers beschrieben. Der Laserstrahl läuft hier um den Umfang jedes zu bildenden Schlitzes und die Schlitze werden hergestellt, indem ein Stück des Materials aus der Scheibe ausgeschnitten wird. Diese Methode ermöglicht eine relative präzise Kontrolle der Gestalt, der Lage und der Randbearbeitung der Schlitze, aber sie ist relativ langsam in der Herstellung, da der gesamte Umfang jeden Schlitzes durch den Laserstrahl durchlaufen werden muß. Ferner ist es notwendig, die Bahn des Laserstrahles jedesmal neu zu programmieren, wenn die Schlitzform, die Lag.e oder die Größe geändert wird.

Der Neuerung, liegt daher allgemein die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Kupplungsscheibe -

so zu gestalten, daß eine Kupplung mit einer Wicklung gegebenen Durchmessers mit höherem Drehmoment hergestellt

werden kann.

Hierzu ist eine Kupplungsscheibe vorgesehen, bei der die magnetischen Pole durch Zusammenwirken der Nuten und Schlitze begrenzt sind, die miteinander in Verbindung stehen, um Luftspalte vollständig durch die Scheibe zu bilden, wobei die Schlitze eine relativ kleine Tiefe haben, um die zur Herstellung der Schlitze erforderliche Zeit und Arbeit zu reduzieren.

Die Kupplungsscheibe hat vorzugsweise in Umfangsrichtung verlaufende und kontinuierliche sowie radial beabstandete Nuten, die in einer Fläche der Scheibe ausgebildet sind, während in Umfangsrichtung verlaufende und radial beabstandete Reihen von in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen in der anderen Fläche der Scheibe ausgebildet werden, die radial mit den Nuten fluchten, um Luftspalte zu bilden, die sich vollständig durch die Scheibe erstrecken. Mit Hilfe der Nuten wird die axiale Dicke des Materiales, das von der Scheibe entfernt werden muß, um die Schlitze zu bilden, beträchtlich reduziert, so daß die Scheibe in geringerer Zeit und mit größerer Genauigkeit hergestellt werden kann.

Beispielsweise Ausführungsformen der Neuerung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Figur 1 perspektivisch eine elektromagnetische

Kupplungsscheibe nach der Erfindung zeigt.

Figur 2 zeigt vergrößert im Schnitt längs der

Linie 2-2 von Figur 1 schematisch Nuten, die in der nicht arbeitenden Fläche der

5 -

Figur 3

Figur 4

Figur 5

Figuren 6
und 7

Fi guren 8
und 9

Scheibe ausgebildet sind.

zeigt schematisch und perspektivisch einen Teil der Schlitze, die in der Arbeitsfläche der mit Nuten versehenen Scheiben nach Figur 2 ausgebildet sind.

zeigt einen Schnitt ähnlich Figur 2, wobei jedoch eine Scheibe mit Nuten in ihrer Arbeitsfläche und Schlitzen in ihrer Nicht-Arbeits-Fläche dargestellt sind.

zeigt einen Schnitt ähnlich Figur 2, wobei schematisch eine andere Methode zur Herstellung der Schlitze in der Arbeitsfläche der Scheibe gezeigt ist.

zeigen im Schnitt eine Kupplungsscheibe, wobei Figur 6 die Scheibe vor der Herstellung der Schlitze und Figur 7 die Scheibe nach der Herstellung der Schlitze gemäß einer anderen Methode zeigen.

zeigen Schnitte ähnlich denjenigen nach den Figuren 6 und 7, wobei jedoch eine andere Art einer Kupplungsscheibe dargestellt ist.

Die Zeichnungen zeigen die vorliegende Meuerunci in Verbindung mit einer Kupplungsscheibe 20 zur Verwendung in einer elektromagnetischen Kupplung oder Bremse. Obwohl die Scheibe ein Anker sein kann, ist sie hier dargestellt als Teil eines Kupplungs· rotors 21, der beispielsweise von der Art sein kann, wie in dem eingangs genannten US-Patent 4 187 939 beschrieben ist. Mit diesem besonderen Beispiel ist der Rotor kreisförmig und hat einen axial verlaufenden äußeren Flansch 22 sowie eine axial verlaufende innere Nabe 23, die vorzugsweise integral mit einer

Fläche 24 der Scheibe 2 0 ausgebildet ist. Die gegenüberliegende^ Fläche 25 (Figuren 2 und 3) der Scheibe bildet die Arbeitsfläche des Rotors 21, und sie kann in Reibungseingriff mit dem Anker der Kupplung gebracht werden. Der Flansch 22 und die Nabe 23 bilden den äußeren und den inneren Polring des Rotors 21 .

Wie üblich ist der Rotor 21 aus einem magnetischen Material wie z.B. Stahl mit niedriger Reluktanz hergestellt.,Obwohl der Rotor gegossen und dann maschinell bearbeitet werden kann, wird bevorzugt, ihn durch Pressen oder Ziehen herzustellen.

Der Rotor 21 nach den Figuren 1 - 3 bildet einen Teil einer vierpoligen Kupplung und die Scheibe 20 hat daher zwei konzentrische Ringe 28 (Figur 3), welche einen niedrigeren magnetischen Fluß führen als die übrigen Bereiche der Scheibe. Ein Magnetpol .wird gebildet durch den ringförmigen Bereich der Scheibe, der radial einwärts vom inneren Ring 28 liegt, zwei Pole werden gebildet durch den ringförmigen Bereich zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring, und der vierte Pol wird gebildet durch den ringförmigen Bereich, der außerhalb vom äußeren Ring liegt.

Neuerunasnemäß werden die Ringe 28 gebildet durch eine Kombination von Nuten 29 und Schlitzen 30, wodurch Luftspalte gebildet werden, welche die Scheibe 20 vollständig durchsetzen. Die Nuten 29 werden in einer Fläche 24, 25 der Scheibe ausgebildet, während die Schlitze 30 in der entgegengesetzten Fläche der Scheibe in radialer Flucht mit den Nuten ausgebildet werden. Aufgrund der Nuten braucht nur eine kleine Materialdicke von den Scheiben entfernt werden zur Bildung der Schlitze, die deshalb schneller und genauer ausgeführt werden als dies bisher möglich war.

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Eine Methode zur Herstellung der Nuten 29 in

der Sch'eibe 20 ist in Figur 2 dargestellt. Bei der Ausführung dieser Methode wird ein kreisförmiger ringartiger Stempel 31 verwendet mit einer Formfläche 32, die in eine Lage gegenüber der nicht-arbeitenden Fläche 24 der Scheibe 20 gebracht werden kann. An der Formfläche des Stempels sind zwei radial beabstandete und in Umfangsrichtung verlaufende Rippen 33 zur Herstellung der Nuten 29 angeformt, wobei diese Rippen 33 axial von der Formfläche vorstehen.

Nachdem der Rotor 21 gepreßt worden ist, wird die nichtarbeitende Fläche 24 der Scheibe 20 mit dem Stempel 21 beaufschlagt, um mittels der Rippen 33 die in Umfangsrichtung kontinuierlich verlaufenden Nuten 29 durch Kaltverformung des Metalles herzustellen. Die Höhe der Rippen ist kleiner als die Dicke der Scheibe, weshalb die Nuten mit geschlossenen Enden oder Böden geformt werden, weshalb die Arbeitsfläche 25 der Scheibe nicht unterbrochen wird.

Eine typische Scheibe 20 hat eine Dicke von etwa 4,2 mm und die Nuten 30 haben eine nominale Tiefe von etwa 3,0 mm. Jede Nut ist vorzugsweise mit Seitenwänden versehen, die sich in Richtung vom geschlossenen Ende der Nut auf die Nicht-Arbeits-Fläche 24 der Scheibe zu erweitern. Beispielsweise kann jede der Seitenwände sich in einem Winkel von etwa 15° erweitern .

Der Aufbau der Scheibe 20 wie oben beschrieben erlaubt es dem Rotor 21, in bestimmten Typen und elektromagnetischen Kupplungen mit Mehrfachpol zu arbeiten. Die Lücken, die durch die Nuten 29 geschaffen, widerstehen dem magnetischen Fluß und bewirken die Bildung von Magnetpolen auf gegenüberliegenden Seiten jeder Nut. Durch die vorbeschriebene Art und Weise der Herstellung erhalten die Nuten 29 eine sehr genaue Gestalt, eine sehr genaue Lage, und sie sind präzise konzentrisch. Die Steg-Bereiche an den geschlossenen Enden beider

&egr; -

Nuten haben praktisch dieselbe Dicke, und es entstehen ferner praktisch keine Veränderungen von Rotor zu Rotor.

In Ausführung der Neuerung wird die magnetische Leistungsfähigkeit der Scheibe 20 gesteigert mit Hilfe der Schlitze 30, die mit den Nuten 2 9 zusammenwirken, um Luftspalte zu bilden, die sich vollständig durch die axiale Dicke der Scheibe erstrecken. In der in den Fig uran 1 - 3 dargestellten Ausführungsform werden die Schlitze in der Arbeitsfläche 25 der Scheibe hergestellt, indem ein Laserstrahl 35 (Figur 3) auf die Arbeitsfläche gerichtet wird. Vorzugsweise werden die Schlitze eingeschnitten, in_detn die Scheibe um ihre eigene Achse gedreht wird, um ein kreisförmiges Band der Scheibe an dem Strahl vorbeizuführen, obgleich auch die Scheibe stationär gehalten werden kann, und der Strahl in einem kreisförmigen Weg um die Scheibe geführt werden kann.

Wie Figur 3 deutlich zeigt, werden durch den Laserstrahl 35 die Schlitze 30 radial .sgerichtet mit den Nuten 20 geformt, wobei jeder Schlitz eine relativ schmale radiale Breite von etwa 1,27 mm hat und ausreichend tief ist, daß er mit der zugehörigen Nut in Verbindung tritt. Während die Nuten sich im radialen Querschnitt erweitern (oder verjüngen je nach Richtung) sind die gegenüberliegenden Seiten der Schlitze im wesentlichen parallel.

Während sich die Scheibe 20 dreht, wird der Laserstrahl 35 periodisch abgestellt. Auf diese Weise erhalten die Schlitze 30 jeder Reihe in Umfangsrichtung einen Abstand voneinander, und sie sind getrennt durch Brücken 36 (Figur3) aus magnetischen Material, dessen Dicke gleich der Dicke des Bodens der zugehörigen Nut 29 ist. Die Brücken geben der Scheibe eine strukturelle Festigkeit, und sie bleibt hierdurch ein integrales Teil .

Aus dem Vorgehenden ergibt sich, daß die Bildung der Nuten 2 9 die &Oacgr; icke des Materiales reduziert, das. entfernt wer-. den muß zur Bildung der Schlitze 30. Die Scheibe wird somit mit durchgehenden Schlitzen versehen, die hochwirksame Luftspalte bilden und trotzdem wird die zur Bildung dieser Schlitze erforderliche Zeit reduziert, da nur eine reduzierte Dicke des Metalles zur Herstellung der Schlitze entfernt werden muß. Die "neuerungsoemaße Methode erlaubt es daher, einen Laser geringerer Energie zur Herstellung der Schlitze zu verwenden.

Der in Figur 4 gezeigte Rotor 21A ist derselbe wie der Rotor 21 nach den Figuren 1 - 3 außer daß, im Falle des Rotors 21A Nuten 29A in der Arbeitsfläche 25A der Scheibe 2OA gebildet werden, während die Schlitze 3OA in der Nicht-Arbeits-Fläche 24A ausgebildet werden. In Figur 4 ist der Laserstrahl 35 gegen die Arbeitsfläche 25A gerichtet, um die Schlitze 3OA herzustellen, der Laser kann aber auch gegen die nicht-arbeitende Fläche 24A gerichtet werden.

Der Rotor 21B nach Figur 5 ist identisch mit dem Rotor 21 nach den Figuren 1 - 3, außer daß die Schlitze 3OB des Rotors 21B durch Ausstanzen aus der Scheibe mittels eines Stempels 36 hergestellt werden, der schematisch in Figur 5 gezeigt ist. Infolge der vorgeformten Nuten 29B haben die Schlitze 3OB nur eine sehr geringe Tiefe und können daher eine kleine radiale Breite haben. Auch hier ist eine geringere Preßkraft zur HerstellungderSchlitzeerforderlich. ■ '

Der Rotor 21C nach Figur 6 ist im wesentlichen derselbe wie der Rotor 21 nach Figur 2, außer daß bei dem Rotor 21C jede Nut 29C in Umfangsrichtung diskontinuierlicn -ausgebi1det .

ist und mit kurzen im Winkel beabstandeten Brücken (nicht gezeigt) versehen ist, in der Art wie in der US-Patentanmeldung Nr.

262 358 vom 25. 10. 1988 beschrieben ist. Nachdem die in Umfangs-

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richtung unterbrochenen Nuten 2 9 C in der Nicht-Arbeits-Fläche 24C der Scheibe 2OC ausgebildet worden sind, werden die Schlitze 3OC durch maschinelle Bearbeitung, z.B. durch Abdrehen oder Schleifen der Arbeitsfläche 25C, wie in Figur 7 dargestellt ist, wodurch die geschlossenen Enden der Nuten entfernt werden und Schlitze in der Arbeitsfläche zurückbleiben. Die Nuten 29C verjüngen sich in Richtung zur Arbeitsfläche 25C der Scheibe 2OC, und es kann daher die radiale Breite der Schlitze 3OC durch Steuerung der Tiefe der spanabhebenden Bearbeitung der Arbeitsfläche gesteuert werden. Die im Winkel beabstandeten. Brücken jeder Nut 29C erhalten der Scheibe 2OC nach Bildung der Schlitze 3OC die strukturelle Festigkeit und Integrität.

Der Rotor 21D nach den Figuren 8 und 9 ist im wesentlichen dasselbe wie der Rotor 21C nach den Figuren 6 und 7 , außer daß die Arbeitsfläche 25D der Scheibe 2OD gewellt oder gerippt ist. Es ist daher eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 40 in der Arbeitsfläche 25D zwischen zwei Schlitzen 3OD (Figur 9) vorhanden, welche Schlitze in der Arbeitsfläche liegen und mit Nuten 29D in der Nicht-Arbeits-Fläche 24D in Verbindung stehen. Die Arbeitsfläche des Ankers der elektromagnetischen Kupplung hat eine Gestalt, welche zu der Gestalt der Arbeitsfläche 25D der Scheibe 2OD des Rotors 21D komplementär ist.

Claims

A 15 839 Lh/scha DanaCorporation

nsprliche:

Mehrpolige Kupplungsscheibe für eine elektromagnetische Kupplung, wobei die Scheibe aus einem magnetischen Material besteht und eine Arbeitsfläche und eine gegenüberliegende Nicht-Arbeits-Fläche hat, und die Arbeitsfläche in Eingriff mit einer anderen Kupplungsscheibe der elektromagnetischen Kupplung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Flächen der Scheibe Nuten ausgebildet sind, die sich allgemein in Umfangsrichtung um die Fläche der Scheibe erstrecken, um angrenzende Magnetpole zu begrenzen, daß ferner Schlitze in der entgegengesetzten Fläche der Scheibe ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung um diese entgegengesetzte Fläche verlaufen und in Verbindung mit den Nuten stehen, wodurch Luftspalte gebildet werden, die sich vollständig durch die Scheibe zwischen deren beiden Stirnflächen erstrecken, und daß die radiale Querschnittsform der Schlitze verschieden ist von der radialen Querschnittsform der Nuten.

2. Kupplungsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Tiefe der Nuten größer ist als die axiale Ti efe der Schii tze.

3. Kupplungsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten durch eine Mehrzahl von radial beabstandeten und in Umfangsrichtung kontinuierlichen Nuten gebildet sind, daß ferner die Schlitze durch eine Mehrzahl von radial beabstandeten Reihen von in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen gebildet sind, und daß jeweils eine

Schlitzreihe mit je einer Nut radial ausgerichtet ist.

Kupplungsscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten und die Schlitze in der' Nicht-Arbeits-Fläche und in der Arbeitsfläche der Scheibe entsprechend ausgebildet sind, daß ferner in Umfangsrichtung verlaufende Nuten in der Arbeitsfläche der Scheibe zwischen benachbarten Reihen von Schlitzen ausgebildet sind, wodurch die Arbeitsfläche der Scheibe eine gerippte oder gewellte Form erhält.

5. Kupplungsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten und die Schlitze entsprechend in der Nicht-Arbeits-Fläche und in der Arbeitsfläche der Scheibe ausgebildet sind.

6. Kupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten und die Schlitze in der Arbeitsfläche und in der Nicht-Arbeits-Fläche der Scheibe entsprechend ausgebildet sind.

Mehrpolige Kupplungsscheibe für eine elektromagnetische Kupplung, wobei die Scheibe aus einem magnetischen Material besteht und eine Arbeitsfläche und eine gegenüberliegende Nicht-Arbeits-Fläche hat, wobei ferner die Arbeitsfläche in Eingriff mit einer anderen Kupplungsscheibe der elektromagnetischen Kupplung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von radial b e abstandeten Nuten in einer der Flächen der Scheibe und allgemein in Umfangsrichtung der Scheibe verlaufend aus-

gebildet ist, um benachbarte Magnetpole zu begrenzen, daß ferner eine Mehrzahl von radial beabstandeten und in Umfangsrichtung verlaufenden
Reihen von in Umfangsrichtung beabstandeten Schlitzen in der gegenüberliegenden Fläche der Scheibe ausgebildet ist, und daß die Schlitze radial mit den Nuten ausgerichtet sind und mit diesen in Verbindung stehen, um Luftspalte zu schaffen, die sich vollständig durch die Scheibe zwischen deren Stirnflächen erstrecken.

8. Kupplungsscheibe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten in Umfangsrichtung kontinuierlich ausgebildet sind.

9. Kupplungsscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nuten größer ist als die Tiefe der Schlitze.

10. Kupplungsscheibe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Querschnittsform der Nuten verschieden von der radialen Querschnittsform der Schlitze ist.

11. Kupplungsscheibe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze und die Nuten entsprechend in der Arbeitsfläche und in der Nicht-Arbeits· Fläche der Scheibe ausgebildet sind.