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Die Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Bekannte Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen weisen ein axial zwischen einer Eingriffsposition und einer Außereingriffsposition verstellbares Starterritzel auf, das von einem elektrische Startermotor angetrieben wird und in Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine kämmt. Die axiale Stellbewegung wird von einem elektromagnetischen Starterrelais erzeugt, dessen Hubanker über einen Einrückhebel mit der Welle des Starterritzels gekoppelt ist und diese einschließlich Starterritzel axial verstellt. Der Einrückhebel ist beispielsweise als ein Gabelhebel ausgebildet, dessen Gabelzinken die Welle umgreift und mittels eines Kopplungsteils schwenkbar mit der Welle verbunden ist. Das Starterrelais ist parallel zur Welle des Starterritzels angeordnet, so dass bei einer Stellbewegung des Starterrelais der Einrückhebel eine Schwenkbewegung ausführt. Das Kopplungsteil ist üblicherweise als eine fest mit der Welle des Starterritzels verbundene, ringförmig ausgeführte Manschette ausgebildet, in deren Mantelfläche eine umlaufende Nut eingebracht ist, in welche die Gabelzinken des Einrückhebels eingreifen. Die Manschette ist über geeignete Sicherungsmaßnahmen, beispielsweise Klemmringe, axial auf der Welle des Starterritzels gesichert. Mit Betätigung des elektrischen Startermotors beginnt die Welle zu rotieren, hierbei entsteht eine Relativdrehbewegung zwischen der Welle und dem Einrückhebel.
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Die
DE 30 06 561 A1 zeigt eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer montagefreundlichen Kopplung zwischen einem Einrückhebel eines Starterrelais und dem Starterritzel auszuführen.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Startvorrichtung dient zum Starten von Brennkraftmaschinen und weist zweckmäßigerweise einen elektrischen Startermotor auf, welcher ein Starterritzel drehend antreibt, das zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine zu verstellen ist. Die Verstellbewegung erfolgt zweckmäßigerweise axial in Richtung der Längsachse der Motorwelle des Startermotors bzw. des bevorzugt koaxial gelagerten Starterritzels. Die Verstellbewegung des Starterritzels zwischen Außereingriffs- und Eingriffsposition wird mithilfe eines Starterrelais durchgeführt, das bevorzugt als elektromagnetisches Relais ausgeführt ist und einen elektromagnetisch betätigbaren Hubanker aufweist, dessen Hubbewegung als Stellbewegung mithilfe eines Einrückhebels auf das Starterritzel übertragen wird. Der Einrückhebel ist mittels eines Kopplungsteils mit dem Starterritzels bzw. einem Wellenabschnitt des Starterritzels verbunden.
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Das Kopplungsteil weist zwei den Wellenabschnitt umgreifende Arme auf, die zusammenhängen und verstellbar aneinander gekoppelt sind, wobei die Winkelposition zwischen den Armen veränderlich ist. Die Arme sind bevorzugt gebogen bzw. teilkreisförmig ausgeführt und liegen in geschlossener Position an der Mantelfläche des Wellenabschnittes des Starterritzels an bzw. umgreifen den Wellenabschnitt konzentrisch. Die Möglichkeit, die Winkellage der Arme zueinander veränderlich einzustellen, ermöglicht es, die beiden Arme des Kopplungsteils zwischen einer aufgeschwenkten Öffnungsposition und einer zugeschwenkten Schließposition zu verstellen. Hierdurch wird die Montage des Kopplungsteils am Wellenabschnitt des Starterritzels erheblich vereinfacht. Das Kopplungsteil kann in Öffnungsposition, in welcher die beiden Arme des Kopplungsteils aufgeschwenkt sind und zueinander einen großen Winkel einnehmen, an den Wellenabschnitt angelegt werden, anschließend werden die Arme zugeschwenkt, bis die Arme den Wellenabschnitt umgreifen. Das Kopplungsteil kann in Radialrichtung an den Wellenabschnitt angenähert und anschließend mit diesem verbunden werden. Es ist nicht zwingend erforderlich, das Kopplungsteil über die freie Stirnseite des Wellenabschnittes axial auf diesen aufzusch ieben.
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Als Verliersicherung werden die Arme im verriegelten Zustand zweckmäßigerweise miteinander verbunden, insbesondere formschlüssig verbunden, beispielsweise dadurch, dass Formschlusselemente an den Stirnseiten der Arme bei geschlossenem Kopplungsteil in zugeordnete Ausnehmungen am jeweils gegenüberliegenden Arm eingreifen. Gegebenenfalls wird eine zusätzliche Axialsicherung vorgesehen, um ein axiales Abrutschen von dem Wellenabschnitt des Starterritzels zu vermeiden. Möglich ist es aber auch, den Wellenabschnitt beispielsweise mit einer umlaufenden Nut zu versehen, die auf Abstand zur Stirnseite des Wellenabschnittes liegt und in die das Kopplungsteil eingesetzt wird. Die Seitenwände der Nut im Wellenabschnitt bilden Absätze, welche ein axiales Verschieben des Kopplungsteils auf dem Wellenabschnitt ausschließt. Auch ist es möglich, einteilig mit dem Wellenabschnitt eine radial erhöhte Schulter vorzusehen, welche von dem Kopplungsteil im geschlossenen Zustand umgriffen wird, wodurch ebenfalls eine Axialsicherung erreicht wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Kopplungsteil bezogen auf seine Rotation um die Drehachse des Starterritzels drehfest mit dem Einrückhebel gekoppelt. Zugleich ist das Kopplungsteil drehbar auf dem Wellenabschnitt des Starterritzels gelagert, so dass mit dem Andrehen des Starterritzels bei Betätigung des Startermotors das Kopplungsteil keine Rotation ausführt, sondern mit dem Einrückhebel gekoppelt bleibt. Stattdessen führt der Wellenabschnitt mit dem Starterritzel die Rotationsbewegung aus, ohne dass das Kopplungsteil diese Drehbewegung mit ausübt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der Verschleiß im Bereich des Kontaktes des Einrückhebels mit dem Kopplungsteil signifikant reduziert ist. Die Relativdrehbewegung zwischen dem Wellenabschnitt des Starterritzels und dem Kopplungsteil kann reibungsarm ausgeführt werden, beispielsweise durch eine entsprechende Materialwahl des Kopplungsteils mit geringer Reibung wie zum Beispiel Kunststoff oder durch ein Lager.
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Das Starterrelais ist üblicherweise parallel zur Achse des Startermotors bzw. des Starterritzels angeordnet. Die Hubbewegung des Hubkolbens bzw. -ankers des Starterrelais erzeugt, wie vorbeschrieben, eine Bewegung des Einrückhebels und wird über den Einrückhebel auf das Kopplungsteil und damit auf den Wellenabschnitt und das Starterritzel übertragen. Der Einrückhebel ist hierbei in der Weise mit dem Kopplungsteil verbunden, dass eine Schwenkbewegung des Einrückhebels um eine Achse quer zur Drehachse des Starterritzels möglich ist. Mit dieser Schwenkbewegung wird die Hubbewegung des Ankers des Starterrelais in eine axiale Stellbewegung des parallel versetzten Wellenabschnittes des Starterritzels angeordnet.
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Das Kopplungsteil besteht beispielsweise aus einem Kunststoff, was den Vorteil hat, dass das Kopplungsteil eine reibungsarme Oberfläche aufweist. Dies erlaubt insbesondere eine reibungsarme Relativdrehbewegung zwischen dem Wellenabschnitt und dem aufsitzenden Kopplungsteil, so dass auf ein Lager verzichtet werden kann.
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Die Schwenkbarkeit der beiden Arme des Kopplungsteils zueinander wird über ein Gelenk realisiert, über das die Arme miteinander verbunden sind. Das Gelenk kann als ein separat ausgeführtes Gelenk ausgebildet sein, das die beiden Arme miteinander verbindet. Möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der einteilig mit den Armen ein Gelenkzapfen bzw. eine Gelenkwelle an einem Arm und eine zugeordnete Ausnehmung am anderen Arm ausgebildet ist und der Gelenkzapfen bzw. die Gelenkwelle in die Ausnehmung zur Realisierung der Gelenkfunktion einragt.
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Beim Filmscharnier sind die beiden Arme einteilig miteinander ausgeführt und über den Verbindungsabschnitt, welcher eine die Relativwinkellageänderung ermöglichende Biegsamkeit aufweist, miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt weist insbesondere eine reduzierte Wandstärke auf, um die Biegbarkeit zu ermöglichen. Gegebenenfalls ist der Verbindungsabschnitt mit einer verhältnismäßig großen Länge ausgeführt und legt sich beim Schließen der Arme zu einem Kreis zusammen, was den Vorteil hat, dass die Arme im geöffneten Zustand verhältnismäßig weit auseinander liegen und durch die Kreisbildung des Verbindungsabschnittes in die Schließposition überführt werden können.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weisen die äußeren Mantelflächen der Arme des Kopplungsteils Eingriffsnuten auf, welche in Umfangsrichtung verlaufen. In die Eingriffsnuten greift der Einrückhebel ein. Beispielsweise können die Gabelzinken des Einrückhebels mit radial nach innen gerichteten Backen versehen sein, die im montierten Zustand in die Eingriffsnuten in die Außenseite der Arme einragen. Die Backen können - in Umfangsrichtung - formschlüssig mit den Eingriffsnuten gekoppelt sein, beispielsweise durch eine geradlinige Ausführung der Eingriffsnuten, so dass eine Relativrotation um die Längsachse des Starterritzels zwischen dem Einrückhebel und dem Kopplungsteil ausgeschlossen ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 einen Starter für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel, das axial über ein Starterrelais verstellbar und über einen elektrischen Startermotor drehend anzutreiben ist,
- 2 die Verbindung zwischen einem Einrückhebel, über den die Stellbewegung des Starterrelais auf das Starterritzel übertragen wird, und einem Kopplungsteil auf einem Wellenabschnitt des Starterritzels,
- 3 eine 2 entsprechende Ansicht, jedoch mit dem Einrückhebel in einer veränderten Relativlage in Bezug auf das Kopplungsteil,
- 4 in perspektivischer Ansicht das Starterritzel mit Wellenabschnitt und dem Kopplungsteil, welches zwei über ein Gelenk verbundene Arme aufweist, dargestellt im geöffneten Zustand,
- 5 die Bauteile gemäß 4, jedoch aus einer anderen Perspektive,
- 6, 7 den 4 und 5 entsprechende Ansichten, jedoch mit dem Kopplungsteil in geschossenem Zustand,
- 8 eine perspektivische Einzelansicht des ersten Armes des Kopplungsteils aus den 4 bis 7,
- 9 eine perspektivische Ansicht des zweiten Armes des Kopplungsteils,
- 10, 11 in einer Ausführungsvariante ein Kopplungsteil, dessen zwei Arme über ein Filmscharnier miteinander verbunden sind, dargestellt in geöffneter und geschlossener Position,
- 12, 13 in einer weiteren Ausführungsvariante ein Kopplungsteil mit zwei über eine Filmscharnier verbundenen Armen.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Der in 1 dargestellte Starter 1 für eine Brennkraftmaschine weist ein Starterritzel 2 auf, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht wird. Das Starterritzel 2 ist auf einer Welle 5 wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Welle 5 gekoppelt ist. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 über ein Starterrelais 6 verstellt, das elektromagnetisch ausgebildet ist und eine bestrombare Relaiswicklung 7 sowie einen Hubanker 8 umfasst, der bei Bestromung der Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, so dass die axiale Verstellbewegung des Hubankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition eingesetzt wird.
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Die drehende Antriebsbewegung auf die Welle 5 bzw. das Starterritzel 2 wird mithilfe eines elektrischen Startermotors 11 erzeugt, der über ein Getriebe 12, beispielsweise ein Planetengetriebe mit der Welle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Welle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
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Dem Starter 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden.
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Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 8 bei Betätigung des Starterrelais 6 wird bei Erreichen der Verstellposition durch eine kinematische Kopplung des Schaltgliedes mit der Stellbewegung des Hubankers 8 der elektrische Strom für den Startermotor 11 eingeschaltet, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Welle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt.
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Wie 1 des Weiteren zu entnehmen, ist der Starter 1 mit einer Freilaufkupplung 14 versehen, die als Rollenfreilauf ausgebildet ist. Der Einrückhebel 9 wirkt auf ein Federelement 13, das einen Mitnehmer 15 des Rollenfreilaufs 14 axial kraftbeaufschlagt, wobei mit dem Mitnehmer 15 ein Stütz- bzw. Rollenbund 16 des Rollenfreilaufs 14 zusammenwirkt und der Stützbund 16 einteilig mit dem Starterritzel 2 ausgebildet ist. Der Mitnehmer 15 wird von dem elektrischen Startermotor 11 angetrieben. Der Rollenfreilauf 14 erlaubt eine Übertragung der Drehbewegung in Antriebsrichtung des elektrischen Startermotors 11. Sobald jedoch nach dem Starten der Brennkraftmaschine 4 die Drehgeschwindigkeit des Zahnkranzes 3 so hoch wird, dass die Antriebsrichtung umgekehrt wird, wird über den Rollenfreilauf 14 die kinematische Kopplung zwischen Mitnehmer 15 und Stützbund 16 aufgehoben.
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Der Stützbund 16 bildet eine Welle bzw. einen Wellenabschnitt, auf dem ein Kopplungsteil angeordnet ist, über das der Einrückhebel mit dem Starterritzel gekoppelt ist, so dass bei einer Betätigung des Starterrelais 6 die Hubbewegung des Ankers des Starterrelais über den Einrückhebel 9 und das Kopplungsteil auf den Wellenabschnitt 16 und damit auf das Starterritzel 2 übertragen wird.
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In den 2 und 3 ist das Kopplungsteil 17 im geschlossenen, auf der Welle 16 aufgesetzten Zustand dargestellt. Der Einrückhebel 9 ist als Gabelhebel ausgeführt und weist zwei Gabelzinken 23, 24 auf, die das Kopplungsteil 17 übergreifen. Im Bereich ihrer freien Stirnseite weisen die Gabelzinken 23, 24 jeweils eine nach innen gerichtete Backe 18, 18' auf, die in eine Eingriffsnut 21 bzw. 22 an Armen 19, 20 des Kopplungsteils 17 einragen. Die Eingriffsnuten 21, 22 an der äußeren Mantelfläche der Arme 19, 20 des Kopplungsteils 17 sind geradlinig ausgeführt und erstrecken sich winklig zur Längsache der Welle bzw. des Stützbundes 16. Das Kopplungsteil 17 mit den beiden Armen 19, 20, die zueinander schwenkbeweglich gehalten sind, sitzt axial fest auf dem Stützbund bzw. der Welle 16 auf, das Kopplungsteil 17 und die Welle 16 können jedoch eine Relativdrehbewegung zueinander ausführen.
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Zum Starten wird das Starterrelais zunächst betätigt, worauf der Hubanker des Starterrelais auslenkt und der Einrückhebel 9 verschwenkt wird. Die Verschwenkbewegung des Einrückhebels 9 wird über dessen Gabelzinken 23, 24 und den Eingriff der Backen 18, 18' in die Eingriffsnuten 21, 22 auf das Kopplungsteil 17 übertragen, das daraufhin eine axiale Bewegung ausführt. Auf Grund der axial festen Kopplung des Kopplungsteils 17 mit der Welle 16 führt auch die Welle 16 sowie das mit der Welle 16 verbundene Starterritzel die axiale Stellbewegung aus, das Starterritzel wird in die vorgerückte Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt.
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Daraufhin wird der elektrische Startermotor gestartet, die Welle 16 mit dem Starterritzel beginnt sich zu drehen. Diese Drehbewegung wird jedoch nicht von dem Kopplungsteil 17 ausgeführt, vielmehr führt die Welle 16 eine Relativdrehbewegung gegenüber dem Kopplungsteil 17 aus. Das Kopplungsteil 17 ist in Drehrichtung fest mit dem Einrückhebel 9 verbunden. In Umfangsrichtung ist der Einrückhebel 9 über die Backen 18, 18' formschlüssig mit dem Kopplungsteil 17 über die geradlinig ausgeführten Eingriffsnuten 21, 22 verbunden.
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Wie einem Vergleich der 2 und 3 zu entnehmen, kann während der Stellbewegung, die der Einrückhebel 9 auf das Kopplungsteil 17 überträgt, die Backe 18, 18' eine Relativ-Höhenbewegung in den Eingriffsnuten 21, 22 an den Armen 19, 20 des Kopplungsteils 17 ausführen. Diese Relativ-Höhenbewegung ist erforderlich, da der Einrückhebel 9 während der Stellbewegung verstellt und mit zunehmender Auslenkung die Gabelzinken 23, 24 des Einrückhebels 9 einschließlich der Backen 18, 18' nach oben wandern.
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In den 4 bis 7 ist ein Kopplungsteil 17 in einer ersten Ausführungsvariante dargestellt. In den 4 und 5 ist das Kopplungsteil 17 mit den beiden Armen 19, 20 in geöffneter Position gezeigt, in den 6 und 7 in geschlossener Position. Die beiden Arme 19, 20 des Kopplungsteils 17, die jeweils auf ihrer außen liegenden Mantelfläche die geradlinige Eingriffsnut 21, 22 aufweisen, sind über ein Drehgelenk 25 schwenkbar aneinander gekoppelt und können um die Achse des Gelenks 25 verschwenkt werden, wodurch sich die Winkellage zwischen den Armen 19, 20 ändert. In den den Wellenabschnitt bildenden Stützbund 16 ist benachbart zu seiner dem Starterritzel 2 gegenüberliegenden Stirnseite eine umlaufende Nut 26 eingebracht (4), die dazu dient, axial unverrückbar das Kopplungsteil 17 aufzunehmen, das im montierten Zustand den Stützbund 16 umgreift und in die Nut 26 einragt. Zur Montage wird das Kopplungsteil 17 im geöffneten Zustand radial an den Stützbund 16 angenähert und die beiden Arme 19, 20 um den Stützbund gelegt. Daraufhin können die Arme um die Gelenkachse des Gelenks 25 geschlossen werden. Als Verliersicherung ist im Bereich der Stirnseiten der beiden Arme 19, 20 ein Formschlusselement in Form eines nach innen weisenden Hakens 26 angeordnet, das im geschlossenen Zustand jeweils in eine zugeordnete Ausnehmung am jeweils anderen Arm eingreift.
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In den 8 und 9 sind die Arme 19, 20 jeweils in Einzeldarstellung gezeigt. Das Drehgelenk 25 zur Verbindung der beiden Arme 19, 20 ist einstückig mit den Armen ausgebildet und umfasst einen Gelenkbolzen 27 an einem Arm 19, der in eine zugeordnete Gelenkaufnahme 28 am zweiten Arm 20 eingreift.
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In den 10 und 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kopplungsteils 17 dargestellt. Die Schwenkbarkeit der beiden Arme 19, 20 zueinander wird mittels eines Filmscharniers 29 ermöglicht, das als Verbindungsabschnitt zwischen den beiden Armen 19, 20 ausgebildet ist. Das Filmscharnier 29 ist somit einteilig mit den beiden Armen 19, 20 ausgeführt. Das Filmscharnier 29 ist im Ausführungsbeispiels gemäß den 10 und 11 kreisförmig ausgebildet und weist im Vergleich zu den beiden Armen 19, 20 eine signifikant reduzierte Wandstärke auf, was die Biegsamkeit im Bereich des Filmscharniers gewährleistet. Durch die kreisförmige Ausführung des Verbindungsabschnitts 29 können die Arme 19 und 20 weit aufgeklappt werden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß den 12 und 13 sind die Arme 19, 20 des Kopplungsteils 17 ebenfalls über einen als Filmscharnier ausgebildeten Verbindungsabschnitt 19 mit reduzierter Wandstärke verbunden. Allerdings ist der Verbindungsabschnitt 29 im Vergleich zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel nicht kreisförmig ausgeführt, sondern verbindet die beiden Arme 19, 20 im Bereich ihrer einander zugewandten Stirnseiten unmittelbar. Dies erlaubt eine kompakte Ausführung des Kopplungsteils 17.
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In allen Ausführungsbeispielen weisen die Arme 19, 20 des Kopplungsteils 17 auf ihrer radial innen liegenden Seite einen kreissegmentförmigen Querschnitt auf, der an den Durchmesser des Stützbundes 16 angepasst ist, so dass im montierten und geschlossenen Zustand die beiden Arme 19, 20 einen Innendurchmesser aufweisen, der zumindest annähernd dem Außendurchmesser des Stützbundes 16 im Bereich der Montageposition am Stützbund entspricht. In Montageposition wird jedoch eine radiale Klemmkraft von dem Kopplungsteil 17 auf den Stützbund 16 vermieden, um eine ungehinderte Relativrotation des Stützbundes 16 gegenüber dem Kopplungsteil 17 zu ermöglichen.
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Das Kopplungsteil 17 besteht vorteilhafterweise aus Kunststoff und besitzt einen geringen Reibungskoeffizienten, so dass zum einen eine reibungsarme Relativdrehung des Stützbundes gegenüber dem Kopplungsteil möglich ist und zum andern auch bei der axialen Verschiebebewegung des Einrückhebels eine Relativverschiebebewegung der Backen in den Eingriffsnuten des Kopplungsteils ermöglicht ist.
