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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftübertragungssystem. Speziell
bezieht sie sich auf einen neuen Mechanismus eines Kraftübertragungssystems,
das als Drehmomentbegrenzer für einen
Kompressor, der in einer Klimaanlage für Fahrzeuge verwendet wird,
und für
andere industrielle Geräte
geeignet ist.
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Verschiedene
Drehmomentbegrenzungsmechanismen sind bekannt. Beispielsweise ist
in der Veröffentlichung
des japanischen Gebrauchsmusters 6-39105 ein Kraftübertragungssystem
für einen
Kompressor beschrieben, wie es in 4A–4C gezeigt ist (eine erste
herkömmliche
Technologie.) In 4A–4C ist eine Riemenscheibe 25 drehbar
an einem vorderen Ansatz 23 eines Gehäuses 22 eines Kompressors 21 über ein
Kugellager 24 angebracht. Eine Drehübertragungsplatte 27 ist
an einer Welle 26 des Kompressors 21 befestigt,
und ein zerbrechliches Element bzw. Sollbruchelement 28,
das bei einer übermäßigen Last
gebrochen wird, ist an der Drehübertragungsplatte 27 jeweils
an vier Positionen befestigt, die auf der Drehübertragungsplatte 27 entlang
ihrer Umfangsrichtung festgelegt sind. Das Sollbruchelement 28 ist
beispielsweise aus synthetischem Harz gebildet. Die entsprechenden
Spitzenabschnitte der Sollbruchelemente 28 sind in entsprechende
Löcher 25A eingefügt, die
in der Riemenscheibe 25 an vier Positionen festgelegt sind.
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Wenn
eine Drehkraft von einer externen Antriebsquelle (nicht gezeigt)
die Riemenscheibe 25 unter einer normalen Bedingung antreibt,
treibt bei einem solchen Kraftübertragungsmechanismus
die Riemenscheibe 25 den Kompressor 21 über die
vier Sollbruchelemente 28, die Drehübertragungsplatte 27 und
die Welle 26 an. Wenn ein anormaler Zustand in dem Kompressor 21 auftritt
und eine übermäßige Drehkraft,
die größer ist
als ein vorbestimmtes Drehmoment, an die Drehübertragungsplatte 27 angelegt wird,
werden die Sollbruchelemente 28 gebrochen. Folglich kann,
da die Kraft von der Riemenscheibe 25 zu der Drehübertragungsplatte 27 nicht
mehr übertragen
wird, der Drehübertragungsmechanimus
geschützt
werden.
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Das
offengelegte japanische Gebrauchsmuster 63-142460 beschreibt ein
anderes Kraftübertragungssystem
für einen
Kompressor, wie in 5A und 5B gezeigt ist (eine zweite
herkömmliche
Technologie). In 5A und 5B ist eine Riemenscheibe 35 drehbar
an einem vorderen Ansatz 33 eines Gehäuses 32 eines Kompressors 31 über ein
Kugellager 34 angebracht. Eine Nabe 37 ist an
der Welle 36 des Kompressors 31 befestigt, und
ein Antriebshebel 39 ist drehbar angebracht an der Nabe 37 um
eine Mitte, die durch einen Niet 38 gebildet ist, jeweils
an einer von vier Positionen, die an der Nabe 37 entlang seiner
Umfangsrichtung festgelegt sind.
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Vier
ausgesparte Eingriffsabschnitte 37A sind an der äußeren Umfangsoberfläche der
Nabe 37 entlang seiner Umfangsrichtung gebildet, und eine ringförmige Metallblattfeder 40 ist
an der äußeren Umfangsoberfläche der
Nabe 37 derart angeordnet, daß die Metallblattfeder 40 in
jeden Eingriffsabschnitt 37A eingepaßt ist. Ein kreisförmiger Eingriffsabschnitt 39a an
der inneren Endposition von jedem Antriebshebel 39 steht
in Eingriff mit jeweils einem ausgesparten Eingriffsabschnitt 37A der
Nabe 37 über die
Plattfeder 40. Ein kreisförmiger Eingriffsabschnitt 39B an
der äußeren Endposition
von jedem Antriebshebel 39 steht in Eingriff mit jeweils
einem ausgesparten Eingriffsabschnitt 35A, wobei die ausgesparten
Eingriffsabschnitte 35A an der inneren Umfangsoberfläche der
Riemenscheibe 35 entlang ihrer Umfangsrichtung gebildet
sind.
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Bei
einem solchen Kraftübertragungsmechanismus
treibt die Riemenscheibe 35 den Kompressor 31 über die
vier Antriebshebel 39, die vier Nieten 38, die
Nabe 37 und die Welle 36 an, wenn eine Drehkraft
von einer externen Antriebsquelle (nicht gezeigt) in einer normalen
Bedingung an die Riemenscheibe 35 angelegt wird. Wenn in
dem Kompressor ein anormaler Zustand auftritt und eine übermäßige Drehkraft,
die größer ist
als ein vorbestimmtes Drehmoment, an die Nabe 37 angelegt
wird, gelangen der innere kreisförmige
Eingriffsabschnitt 39A und der äußere kreisförmige Eingriffsabschnitt 39B von
jedem Antriebshebel 39 aus dem jeweiligen ausgesparten
Eingriffsabschnitt 37A der Nabe 37 bzw. dem jeweiligen
ausgesparten Eingriffsabschnitt 35A der Riemenscheibe 35,
da sich jeder Antriebshebel 39 um eine Mitte von jedem
Niet 38 dreht. Folglich kann der Kraftübertragungsmechanismus geschützt werden,
da die Kraft nicht mehr von der Riemenscheibe 35 zu der
Nabe 37 übertragen
wird.
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Bei
der oben beschriebenen ersten herkömmlichen Technologie ist es
schwierig, einen gewünschten
konstanten Wert der Bruchkraft für
jedes Sollbruchelement beizubehalten, da eine wiederholte Beanspruchung
an die Sollbruchelemente durch den Antrieb des Kompressors angelegt
wird, und die Bruchkraft nimmt mit der Zeit ab.
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Bei
der oben beschriebenen zweiten herkömmlichen Technologie gibt es
dahingehend Schwierigkeiten, daß die
Anzahl der Teile groß ist und
daß der
Aufbau kompliziert ist. Da der Antriebshebel relativ lang ist, ist
es ferner schwierig, den Durchmes ser der Riemenscheibe klein zu
entwerfen. Da der Antriebshebel einer Biegebeanspruchung durch den
Antrieb des Kompressors ausgesetzt ist, ist es ferner schwierig,
den Antriebshebel geeignet zu entwerfen.
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Aus
der
US 4,327,563 ist
eine Überlastkupplung
mit einer beidseitig in Eingriffsabschnitten festgelegten Blattfeder
bekannt, deren gerader Mittelabschnitt an einem geraden Nabenabschnitt
anliegt. Eine Verdrehung der Nabe ist nur entgegen der Federkraft
der Blattfeder möglich.
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Aus
der
EP 0 212 381 A1 ist
eine weitere Überlastkupplung
bekannt. Bei dieser Konstruktion sorgen zwei Blattfedern für einen
permanenten radialen Druck auf Eingriffselemente, die für eine Kraftübertragung
sorgen. Die Druckkraft, mit der die Blattfedern gegen die Eingriffselemente
drücken,
kann in zwei Stufen eingestellt werden. Sollte ein Drehbauteil blockieren
bzw. einem Drehmomentwiderstand ausgesetzt sein, der über die
Druckkraft der Blattfeder hinaus geht, wird das Eingriffselement
entgegen der Druckkraft der Blattfedern außer Eingriff gebracht, so dass
die Kupplung der beiden Bauteile getrennt wird, um Beschädigungen
des Gerätes
zu verhindern.
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Ferner
ist aus der
DE 820 659
C eine weitere elastische Sicherheitskupplung bekannt,
bei der eine z-förmig
gebogene Feder in ihrer Mitte an einer der zu kuppelnden Wellen
in einer Normalebene zur Wellenachse angeordnet ist. Dabei sind
rund gebogene Enden der Feder in Aussparungen eines sie umgebenden
anderen Kupplungsteils eingerastet. Das Kupplungsteil weist jedoch
nicht nur zwei dieser Aussparungen auf, sondern ist in regelmäßigen Abständen in
Umfangsrichtung mit solchen Aussparungen versehen. Die z-förmig gebogene
Feder drückt
permanent mit ihren rund gebogenen Enden in die Aussparungen. Bei Überlastung
ratschen die Federenden auf den zwischen den Aussparungen Liegenden Stegen
(unterhöhten
Drück)
entlang und geben hierdurch zum einen ein akustisches Warnsignal
ab, und zum anderen wird dadurch die Verkopplung der gekuppelten
Teile aufgehoben, so dass eine Beschädigung der von der Kupplung
getriebenen Teile verhindert wird. Die Lastmomente können durch
den Einbau von Federn unterschiedlicher Dicke eingestellt werden.
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Folglich
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Kraftübertragungssystem
bereitzustellen, das keine Sollbruchelemente oder Antriebshebel
verwendet, das einen einfachen Aufbau aufweist, das günstig hergestellt
werden kann und das eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit beim Unterbrechen
der Übertragung
einer übermäßigen Kraft aufweist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch das Kraftübertragungssystem
des Anspruches 1.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das
Kraftübertragungssystem
enthält
eine Riemenscheibe, eine Welle, die koaxial zu der Riemenscheibe
angeordnet ist, und eine Nabe, die an der Welle befestigt ist. Das
Kraftübertragungssystem enthält eine
Blattfeder, die zwischen einer inneren Umfangsoberfläche der
Riemenscheibe und einer äußeren Umfangsoberfläche der
Nabe angeordnet ist, ein Paar von Eingriffsabschnitten, die an einer von
der inneren Umfangsoberfläche
der Riemenscheibe und der äußeren Umfangsoberfläche der Nabe
vorgesehen sind, zum Halten von beiden Endabschnitten der Blattfeder
in einer Bedingung, bei der die Blattfeder gebogen ist, bzw. vorgespannt
ist, und einen gekrümmten
ausgesparten Abschnitt, der an der anderen der inneren Umfangsoberfläche der Riemenscheibe
und der äußeren Umfangsoberfläche der
Nabe vorgesehen ist, zum Stützen
eines Mittelabschnitts der gebogenen Blattfeder durch den Kontakt
des Mittelabschnitts mit dem gekrümmten ausgesparten Abschnitt.
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Bei
dem Kraftübertragungssystem
kann die Nabe ein Blattfederkontaktelement mit dem gekrümmten ausgesparten
Abschnitt, einen Vorsprung und ein elastisches Element, das zwischen
dem Blattfederkontaktelement und dem Vorsprung angeordnet ist, aufweisen.
Bei einem solchen Aufbau kann sich ein Teil des elastischen Elementes
zwischen die Riemenscheibe und den Vorsprung zum Stützen der
beiden erstrecken.
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Bei
dem Kraftübertragungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Drehkraft von einer externen Antriebsquelle
an die Riemenscheibe unter einer normalen Bedingung angelegt, treibt
die Riemenscheibe die Welle über
die gebogenen Blattfeder an, die in Kontakt kommt mit dem gekrümmten ausgesparten
Abschnitt an dem Mittelabschnitt der gebogenen Blattfeder. Wenn
eine übermäßige Drehkraft,
die größer ist
als ein vorbestimmtes Drehmoment, an das Kraftübertragungssystem angelegt wird,
wird die gebogene Blattfeder umgebogen zu der entgegengesetzten
Biegungsseite. In dieser Bedingung kommt die Blattfeder weg von
der vorher kontaktierten Oberfläche
des gekrümmten
ausgesparten Abschnitts und überträgt keine
Drehkraft mehr. Das Kraftübertragungssystem
arbeitet somit als ein Drehmomentbegrenzer für eine übermäßige Drehkraft.
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Bei
einem solchen Kraftübertragungsmechanismus
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Aufbau einfach und die Herstellungskosten sind
für das
Kraftübertragungssystem
gering und kann ferner das Kraftübertragungssystem
leicht derart entworfen werden, daß es klein ist, da weder ein
Sollbruchelement noch ein Antriebshebel vorgesehen sind, wie bei
den herkömmlichen
Techniken. Ferner ist die Zuverlässigkeit
des Drehmomentbegrenzers sehr hoch, da die Blattfeder leicht weg
von dem gekrümmten ausgesparten
Abschnitt kommen kann, wenn eine übermäßige Drehkraft angelegt wird.
Wenn eine übermäßige Drehkraft
angelegt wird, wird weiterhin die gebogene Blattfeder nur in ihrer
Biegerichtung umgedreht, und daher treten keine Geräusche, Wärme oder
Schwingungen auf. Nach dem Umbiegen der Blattfeder kann die Biegerichtung
der Blattfeder leicht in ihre ursprüngliche Biegerichtung zurückgebracht
werden durch einen einfachen Vorgang ohne einen Austausch von Teilen.
Daher kann das Kraftübertragungssystem
mit solchen exzellenten Eigenschaften beispielsweise als ein Drehmomentbegrenzer
für einen
Kompressor geeignet sein, der in einer Klimaanlage für Fahrzeuge
verwendet wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Figuren. Von
den Figuren zeigen:
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1A eine
senkrechte Schnittansicht eines Kraftübertragungssystems gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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1B eine
Draufsicht des in 1A gezeigten Kraftübertragungssystems,
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2A eine
senkrechte Schnittansicht eines Kraftübertragungssystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2B eine
Draufsicht des in 2A gezeigten Kraftübertragungssystems,
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3A eine
senkrechte Schnittansicht des Kraftübertragungssystems, das in 2A gezeigt
ist, wobei ein Zustand des Unterbrechens der Übertragung bei einer übermäßigen Kraft
gezeigt ist,
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3B eine
Draufsicht des in 3A gezeigten Kraftübertragungssystems,
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4A eine
senkrechte Schnittansicht eines herkömmlichen Kraftübertragungssystems,
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4B eine
Draufsicht eines Teils des in 4A gezeigten
Kraftübertragungssystems,
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4C eine
Schnittansicht des in 4B gezeigten Teils,
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5A eine
senkrechte Schnittansicht eines anderen herkömmlichen Kraftübertragungssystems und
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5B eine
Draufsicht des in 5A gezeigten Kraftübertragungssystems.
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In 1A und 1B ist
ein Kraft- bzw. Leistungsübertragungssystem
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Innenring eines Kugellagers 9 ist
an einem Gehäuse 12 eines
Kompressors 11 befestigt, und eine Riemenscheibe 1 ist
an dem Außenring
des Kugellagers 9 befestigt. Eine Welle 6 des
Kompressors 11 ist koaxial zu der Riemenscheibe 1 angeordnet. Eine
Nabe bzw. Scheibe 2 ist an einem Abschnitt 6a mit
kleinem Durchmesser der Welle 6 durch Einpassen des Abschnitts 6a mit
kleinem Durchmesser in einen Mittelabschnitt 2d der Nabe 2 und
durch Befestigen des Mittelabschnitts 2d mittels einer
Mutter 8 befestigt, die auf einen Gewindeabschnitt 6b geschraubt
ist, der an dem Endabschnitt der Welle 6 festgelegt ist.
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Ein
Paar von Eingriffsabschnitten 1b sind an der inneren Umfangsoberfläche eines
Randes 1a der Riemenscheibe 1 vorgesehen. In dieser
Ausführungsform
sind drei Paare von Eingriffsabschnitten 1b mit einem gleichen
Intervall in der Umfangsrichtung bzw. mit gleichem Abstand angeordnet.
Jeder Eingriffsabschnitt 1b ist derart gebildet, daß er von der
inneren Umfangsoberfläche
des Randes 1a der Riemenscheibe 1 nach innen vorsteht.
Eine Dreieckskerbe 1c ist an der Seitenoberfläche von
jedem Eingriffsabschnitt eines Paares von Eingriffsabschnitten 1b derart
festgelegt, daß beide
Kerben 1c zueinander hin weisen. Es sind drei Blattfedern 7 zwischen der
inneren Umfangsoberfläche
des Randes 1a der Riemenscheibe 1 und der äußeren Umfangsoberfläche der
Nabe 2 angeordnet. Es sind drei gekrümmte ausgesparte Abschnitte 2c an
der äußeren Umfangsoberfläche 2d des
Randes 2a der Nabe 2 gebildet, und die gekrümmten ausgesparten
Abschnitte 2c sind mit einem gleichen Abstand in der Umfangsrichtung
angeordnet. Jede der drei Blattfedern 7 ist gebogen, vorgespannt
bzw. ausgelenkt, jedes Ende 7b von jeder Blattfeder 7 steht
in Eingriff mit der Kerbe 1c des entsprechenden Eingriffsabschnitts 1b und ein
Mittelabschnitt 7a von jeder gebogenen Blattfeder 7 kommt
in Kontakt mit der Oberfläche
des entsprechenden, gekrümmten
ausgesparten Abschnitts 2c derart, daß der Mittelabschnitt 7a durch
den gekrümmten
ausgesparten Abschnitt 2c gestützt bzw. gelagert wird.
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Bei
dem Kraftübertragungssystem
gemäß der ersten
Ausführungsform
treibt die Riemenscheibe 1 den Kompressor 11 bei
der in 1A und 1B gezeigten
Bedingung über
die drei Blattfedern 7, die Nabe 2 und die Welle 6 an,
wenn eine Drehkraft von einer externen Antriebsquelle (nicht gezeigt)
an die Riemenscheibe 1 unter einer normalen Bedingung angelegt
wird. Wenn ein anormaler Zustand in dem Kompressor 11 auftritt
und eine übermäßige Drehkraft,
die größer ist
als ein vorbestimmtes Drehmoment, an die Nabe 2 angelegt
wird, werden die entsprechenden Mittelabschnitte 7a der
drei Blattfedern 7 durch die äußeren Umfangsoberflächen 2b des
Randes 2a der Nabe 2 nach außen gedrückt, wobei dies Abschnitte
sind, die ohne gekrümmte
ausgesparte Abschnitte 2c gebildet sind, und jede Blattfeder 7 wird
umgebogen in ihrer Biegerichtung bzw. die Biegerichtung wird umgekehrt
(siehe 3B, die die Umbiegebedingung
in einer zweiten Ausführungsform
zeigt, die später
erläutert
wird). In diesem Zustand kommt keine Blattfeder 7 in Kontakt
mit der Nabe 2. Daher wird die Kraft nicht von der Riemenscheibe 1 zu
der Nabe 2 übertragen
und der Kraft- bzw. Leistungsübertragungsmechanismus
kann geschützt
werden. Wenn einmal ein solcher Zustand erzeugt ist, kann der Zustand
zum Unterbrechen der Übertragung
der Kraft bzw. der Leistung so beibehalten werden, wie er ist.
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Nachdem
der anormale Zustand des Kompressors 11 beseitigt ist,
wird sich die Biegerichtung von jeder Blattfeder 7 in die
ursprüngliche
normale Richtung umdrehen bzw. wird so umgedreht, so daß sie zu
dem in 1A und 1B gezeigten
Zustand zurückkehren,
Daher kann das Kraftübertragungssystem
leicht in seinen normalen Betriebszustand zurückgebracht werden. Bei diesem
Zurückbringen
ist es nicht notwendig, Teile, wie zum Beispiel die Blattfedern 7,
auszutauschen.
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2A und 2B und 3A und 3B zeigen
ein Kraftübertragungssystem
gemäß einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist verglichen zu
der ersten Ausführungsform
der Aufbau der Nabe verschieden. Der Rufbau der anderen Abschnitte
ist im wesentlichen gleich wie bei denen in der ersten Ausführungsform.
Daher wird hier hauptsächlich
der Aufbau der Nabe erläutert.
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In 2A und 2B und 3A und 3B enthält die Nabe 2 dieser
Ausführungsform ein
ringförmiges
Blattfederkontaktelement 3, einen Vorsprung 4 und
ein ringförmiges
elastisches Element 5, das zwischen der inneren Umfangsoberfläche 3c des
Blattfederkontaktelementes 3 und der äußeren Umfangsoberfläche 4b des Vorsprungs 4 vorgesehen
ist. Das elastische Element 5 ist dazwischen befestigt,
zum Beispiel durch Schweißen
oder unter Verwendung eines Klebers. Es sind drei gekrümmte ausgesparte
Abschnitte 3b an der äußeren Umfangsoberfläche 3a des
Blattfederkontaktelementes 3 mit einem gleichen Abstand
in der Umfangsrichtung voneinander gebildet. In dieser Ausführungsform
ist ein vorstehender Abschnitt 5a an der inneren Umfangsoberfläche des
elastischen Elementes 5 gebildet. Der vorstehende Abschnitt 5a wird
zwischen der Riemenscheibe 1 und dem Vorsprung 4 gehalten
und verhindert die Erzeugung von Rattern. Ein hochfestes Metall
oder ein Harz ist bevorzugtes Material des Blattfederkontaktelementes 3 und
des Vorsprungs 4. Ein Gummi oder ein Harz mit geringer
Steifheit bzw. Festigkeit ist bevorzugtes Material des elastischen
Elementes 5.
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Bei
dem Kraftübertragungssystem
gemäß der zweiten
Ausführungsform
wird der in 2A und 2B gezeigte
Zustand während
einer normalen Bedingung beibehalten und die Riemenscheibe 1 treibt
den Kompressor 11 an über
die drei Blattfedern 7, die Nabe 2, die das Blattfederkontaktelement 3, das
elastische Element 5 und den Vorsprung 4 enthält, und
die Welle 6. Wenn ein anormaler Zustand in dem Kompressor 11 auftritt
und eine übermäßige Drehkraft,
die größer ist
als ein vorbestimmtes Drehmoment, an das Blattfederkontaktelement 3 angelegt wird,
werden die entsprechenden Mittelabschnitte 7a der drei
Blattfedern 7 nach außen
gedrückt
durch die äußeren Umfangsoberflächen 3a des
Blattfederkontaktelementes 3, die Abschnitte sind, die
ohne gekrümmte
ausgesparte Abschnitte 3b gebildet sind, und jede Blattfeder 7 wird
in ihrer Biegerichtung umgedreht bzw. die Biegerichtung jeder Blattfeder 7 wird umgedreht,
wie in 3A und 3B gezeigt
ist. In diesem Zustand kommt keine Blattfeder 7 in Kontakt mit
dem Blattfederkontaktelement 3. Daher wird die Kraft nicht
von der Riemenscheibe 1 zu dem Blattfederkontaktelement 3 übertragen,
und der Kraftübertragungsmechanismus
kann geschützt
werden. Bei diesem Betrieb dient das elastische Element 5 für eine gleichmäßige bzw.
sanfte Über tragung
und eine gleichmäßige bzw.
sanfte Unterbrechung der Übertragungskraft
zwischen jeder Blattfeder 7 und dem Blattfederkontaktelement 3.
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Obwohl
die Blattfeder, der gekrümmte
ausgesparte Abschnitt und das Paar von Eingriffsabschnitten für einen
Eingriff der Enden der Blattfedern in der oben beschriebenen ersten
und zweiten Ausführungsform
als Gruppe, die dreimal vorgesehen ist, beschrieben ist, ist die
Anzahl der Gruppen dieser Teile nicht auf drei Gruppen beschränkt. Grundsätzlich kann
eine Mehrzahl von Gruppen von nicht weniger als zwei Gruppen verwendet
werden. Ferner kann der gekrümmte
ausgesparte Abschnitt an der Seite der Riemenscheibe vorgesehen
sein und ein Paar von Eingriffsabschnitten kann an der Seite der Nabe
vorgesehen sein. Bei einem solchen Aufbau kann im wesentlichen der
gleiche Betrieb wie der erreicht werden, der in der ersten und zweiten
Ausführungsform
beschrieben ist.