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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der vorläufigen
US-Anmeldung 62/555,448 , deren Inhalt hier durch Verweis in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
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FELD DER OFFENBARUNG
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Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Riementriebseinheit zum Antrieb von riemengetriebenen Zubehörteilen in einem Motor eines Kraftfahrzeugs und insbesondere auf einen Entkopplungsmechanismus, der es den riemengetriebenen Zubehörteilen ermöglicht, vorübergehend mit einer anderen Geschwindigkeit als die der Riementriebseinheit zu arbeiten.
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HINTERGRUND
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In Kraftfahrzeugmotoren wird ein Teil der Motorleistung normalerweise auf eine Vielzahl von riemengetriebenen Zubehörteilen unter Verwendung eines endlosen Schlangenbandes übertragen. Typischerweise umfasst jede Komponente eine Eingangsantriebswelle und eine Riemenscheibe, die mit einem distalen Ende der Antriebswelle für den Antriebseingriff mit dem Riemen gekoppelt ist. Ein Beispiel für ein solches riemengetriebenes Zubehörteil ist ein Generator.
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Es ist auch bekannt einen Entkoppler bereitzustellen der antriebsmäßig zwischen der Riemenscheibe und dem Generator gekoppelt ist, damit sich die Antriebswelle des Generators mit einer höheren Geschwindigkeit als die Riemenscheibe (Überlauf) drehen kann und damit die Geschwindigkeit der Riemenscheibe in Bezug auf die Generator-Antriebswelle aufgrund von Schwingungen bei der momentanen Motordrehzahl oszillieren kann.
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US 9,611,903 von Shimamura et al.,
US 9,518,646 von Marion,
US 9,441,677 von Williams et al. und
US 5,156,573 von Bytzek et al. geben Beispiele für Entkoppler (die in der Praxis möglicherweise nicht ausreichend haltbar sind), die die Verwendung einer einzigen Feder zur Gewährleistung der Drehnachgiebigkeit und des Nachlaufs vorschlagen.
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Es ist weiterhin wünschenswert, einen drehungsnachgiebigen Entkoppler mit einer einzigen Feder anzubieten, die zwar weniger Kosten in der Herstellung verursacht, aber dennoch haltbarer sein kann als frühere Konstruktionen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In einem Aspekt ist ein Entkoppler vorgesehen, der eine drehbare Riemenscheibe, eine drehbare Nabe, eine Torsionsfeder und eine Buchse umfasst. Die Riemenscheibe hat eine Außenfläche, die so konfiguriert ist, dass sie in einen Antriebsriemen eingreift. Die Nabe ist innerhalb der Riemenscheibe angeordnet und umfasst eine Übertragungstrommel und einen Verbinder zur Montage des Entkopplers auf einer riemengetriebenen Zubehörwelle. Die Torsionsschraubenfeder ist innerhalb der Riemenscheibe und der Übertragungstrommel angeordnet. Die Torsionsfeder hat einen ersten Endbereich mit einem ersten Ende, das in Umfangsrichtung zeigt, einen zweiten Endbereich mit einem zweiten Ende, das in Umfangsrichtung zeigt, und einen Zwischenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Endbereich. Der erste Endbereich der Torsionsfeder ist über eine nicht gekuppelte Verbindung mit einer der Riemenscheibe und der Nabe verbunden, und der zweite Endbereich der Torsionsfeder ist über eine gekuppelte Verbindung mit dem anderen der Riemenscheibe und der Nabe verbunden. Wenn sich die Riemenscheibe und die Nabe relativ zueinander in einer Richtung drehen, die dazu neigt, den Durchmesser der Torsionsschraubenfeder zu vergrößern, ist der zweite Endbereich der Torsionsfeder antriebsmäßig mit dem anderen der beiden Teile Riemenscheibe und Nabe verbunden, um die Drehung der Riemenscheibe auf die Nabe zu übertragen. Wenn sich die Riemenscheibe und die Nabe relativ zueinander in einer Richtung drehen, die dazu neigt, den Durchmesser der Torsionsschraubenfeder zu verkleinern, wird der zweite Endbereich der Torsionsfeder von dem anderen Bereich der Riemenscheibe und der Nabe entkoppelt, so dass die Nabe die Riemenscheibe überholen kann. Die Buchse ist zwischen der Riemenscheibe und der Übertragungstrommel angeordnet, so dass sich Riemenscheibe und Nabe relativ zueinander drehen können. Die Buchse ist im wesentlichen axial gleichweit wie die axialen Ausdehnung des Zwischenbereichs der Torsionsfeder angeordnet.
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Die Übertragungstrommel ist vorzugsweise radial ausdehnbar. Wenn sich der Zwischenbereich der Torsionswicklung nach außen ausdehnt, dehnt sich die Übertragungstrommel auch nach außen gegen die Buchse aus, um die Buchse zwischen Übertragungstrommel und Riemenscheibe zunehmend einzuklemmen und dadurch eine Dämpfung zu erzielen, die mit dem auf die Riemenscheibe ausgeübten positiven Drehmoment korreliert.
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Die Übertragungstrommel kann einen Schlitz enthalten, um die radiale Ausdehnung zu ermöglichen.
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Die nicht gekuppelte Verbindung zwischen der Riemenscheibe oder der Nabe und dem ersten Endbereich der Torsionsfeder kann durch mindestens einen Anschlag in einer in der Riemenscheibe oder der Nabe ausgebildeten Tasche hergestellt werden.
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Die Riemenscheibe oder die Nabe kann eine Tasche enthalten, die das erste Ende der Torsionsfeder aufnimmt. Die nicht gekuppelte Verbindung zwischen der Riemenscheibe oder der Nabe und dem ersten Endbereich der Torsionsfeder kann zumindest durch Presspassung des ersten Endes der Torsionsfeder in die Tasche hergestellt werden.
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Die gekuppelte Verbindung zwischen dem zweiten Endbereich der Torsionsfeder und der Nabe oder der Riemenscheibe kann durch einen Wickelkupplungseingriff einer äußeren Umfangsfläche des zweiten Endbereichs der Torsionsfeder mit einer in der Nabe oder Riemenscheibe vorgesehenen Kupplungseingriffswand hergestellt werden.
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Die Übertragungstrommel und der Verbinder werden vorzugsweise durch trennbare Teile bereitgestellt. Durch die Befestigung des Verbinders an der riemengetriebenen Zubehörwelle kann die Übertragungstrommel an der riemengetriebenen Zubehörwelle befestigt werden. Die Übertragungstrommel kann eine radiale Schulterwand aufweisen, und der Verbinder kann eine radiale Schulter aufweisen, die an der radialen Schulterwand der Übertragungstrommel anliegt, wenn der Verbinder an der riemengetriebenen Zubehörwelle befestigt ist.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Explosionsdarstellung einer Entkopplerscheibe nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 ist eine axiale Querschnittsansicht der ersten Ausführungsform;
- 3 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform; und
- 4 ist ein axialer Querschnitt einer Entkopplerscheibe nach einer zweiten Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die 1-3 zeigen eine Entkopplerscheibe 10 nach einer ersten Ausführungsform. Die Entkopplerscheibe 10 umfasst einen drehbaren, rohrförmigen Außenkörper („Riehmenscheibe“, der Kürze halber) 12 mit einer mit dem Riemen in Eingriff stehenden Außenfläche, wie z.B. voneinander beabstandete, umlaufende Führungswände 14a, 14b, die eine gerillte Fläche 16 überspannen, die zur Aufnahme eines endlosen Poly-V-Schlangengurtes, wie er in der Technik bekannt ist, zur Drehung der Riehmenscheibe konfiguriert ist. Die Wände 14a, 14b und die Außenfläche 16 können alternativ jede andere Konfiguration für die Aufnahme jedes anderen in der Praxis verwendeten Antriebsriementyps haben. Im Inneren kann die Riemenscheibe 12 eine relativ glatte zylindrische Innenwand 18 haben, die der Außenfläche 16 gegenüberliegt.
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Wie in 2 am besten zu erkennen ist, kann ein Ende der Riemenscheibe 12 eine innere, axial begrenzte Tasche 20 aufweisen, die aus einer äußeren Umfangswand 22, einer radialen Wand 24 und einer inneren Umfangswand 28 gebildet wird, die aneinander angrenzen. Im Übergang zwischen der zylindrische Innenwand 18 und der Tasche 20 kann ein Innenflansch 30 vorgesehen werden. Die Tasche 20 kann zusammen mit dem Rest der Riemenscheibe 12 durch ein Rollformverfahren geformt werden, wie es in der Metallverarbeitung an sich bekannt ist.
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Wie in 3 am besten zu erkennen ist, kann ein Federanschlag 26 in der radialen Wand 24 vorgesehen werden. Der Anschlag 26 kann z.B. durch einen Stanzvorgang in die radialen Wand 24 eingeformt werden oder auf andere Weise, z.B. durch Bearbeitung oder Anbringen eines Blocks an der radialen Wand 24, angebracht werden.
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Wie in 2 am besten zu erkennen ist, enthält der Entkoppler 10 eine Nabe 32, die innerhalb der Riemenscheibe 12 angeordnet ist. Die Nabe 32 ist relativ zur Riemenscheibe 12 drehbar, wie unten näher erläutert wird. Die Nabe 32 umfasst zwei Hauptkomponenten, eine Übertragungstrommel 40 und einen Verbinder 50 zur Befestigung der Nabe 32 an der Welle eines riemengetriebenen Zubehörs wie z.B. eines Generators.
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Die Übertragungstrommel 40 kann einen rohrförmigen Stummel 42, eine radiale Schulterwand 44 und eine sich axial erstreckende Kupplungseingriffswand 46 aufweisen, die innerhalb der zylindrischen Wand 18 der Riemenscheibe angeordnet ist. Die Übertragungstrommel 40 kann aus einem geeigneten Metall geformt werden, wie im Folgenden näher erläutert wird, und unter Verwendung bekannter Walzformverfahren hergestellt werden. In alternativen Ausführungen kann die Übertragungstrommel 40 auch andere Formen haben, z.B. kann der rohrförmige Stummel 42 weggelassen werden und/oder die zylindrische Wand 46 kann abgeschrägt sein und/oder Stufen enthalten.
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Der Verbinder 50 kann einen Hohlraum 52 zur Befestigung an der Welle des riemengetriebenen Zubehörs bieten. Der Hohlraum 52 kann ein Muttergewinde (d.h. einen Innengewindebereich) zur Befestigung an einer Welle mit entsprechendem Gewinde aufweisen. Wie in der abgebildeten Ausführung dargestellt, kann der Verbinder 50 einen rohrförmigen Stummel 56, eine radiale Schulter 58 und ein Werkzeugende 60 aufweisen. Der rohrförmige Stummel 56 des Verbinders ist innerhalb des rohrförmigen Stummel 42 der Übertragungstrommel angeordnet, und die radiale Schulter 58 des Verbinders liegt an der radialen Schulterwand 44 der Übertragungstrommel an. Das Werkzeugende 60 kann so konfiguriert werden, dass es mit einem Spannwerkzeugkopf, z.B. einem Sechskantkopf oder einer Sechskantöffnung, in Eingriff kommt.
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Die Übertragungstrommel 40 und der Verbinder 50 können - und werden vorzugsweise - getrennt geformt. Bei der Installation wird durch die Befestigung des Verbinders 50 an der Welle des riemengetriebenen Zubehörs die Übertragungstrommel 40 relativ zur Welle des riemengetriebenen Zubehörs fixiert. Falls gewünscht, kann die Übertragungstrommel 40 vor dem Einbau in die Entkopplerscheibe 10 mit dem Verbinder 50 verbunden werden, z.B. durch eine Presspassung, um lose Teile nach dem Zusammenbau zu vermeiden, vor dem Einbau auf dem riemengetriebenen Zubehörteil.
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In anderen Ausführungsformen können die Getriebetrommel 40 und der Verbinder 50 als ein einziges integrales Teil hergestellt werden, z.B. durch Bearbeitungsvorgänge an einem einzigen Block.
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Eine Buchse 62 lagert die Riemenscheibe 12 an der Nabe 32 und ermöglicht so eine relative Drehung zwischen den beiden. Die Buchse 62 enthält eine zylindrische Lagerwand 64, die zwischen der zylindrischen Wand 46 der Übertragungstrommel und der zylindrischen Wand 18 der Riemenscheibe angeordnet ist. Die Buchse 62 kann auch einen Endflansch 66 aufweisen, der an einer offenen Stirnfläche 48 der Übertragungstrommel 40 anliegt, wodurch die Wanderung der Buchse 62 verhindert und die Reibung zwischen der Wand 30 der Riemenscheibe und der Stirnfläche 48 der Übertragungstrommel verringert wird.
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Die Übertragungstrommel 40 und der Verbinder 50 bilden zusammen mit der Riemenscheiben-Tasche 20 einen ringförmigen Hohlraum 68. In dem ringförmigen Hohlraum 68 ist eine schraubenförmige Torsionsschraubenfeder 70 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnittsprofil angeordnet. Wie in 1 am besten zu erkennen ist, hat die Torsionsfeder 70 einen ersten Endbereich 72 mit einem ersten Federende 74, das im Wesentlichen in Umfangsrichtung zeigt, und einen zweiten Endbereich 76 mit einem zweiten Federende 78, das im Wesentlichen in Umfangsrichtung zeigt. Die Mehrzahl der Torsionsfederwindungen definiert einen Zwischenbereich 80 der Feder 70.
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Der erste Federendbereich 72 ist in der Riemenscheibentasche 20 angeordnet und mit der Riemenscheibe 12 über eine nicht gekuppelte Verbindung verbunden, so dass er von der Riemenscheibe 12 in im Wesentlichen allen Betriebsbedingungen angetrieben wird. In der abgebildeten Ausführungsform stößt das erste Federende 74 am Riemenscheiben-Federanschlag 26 an oder liegt an diesem an (siehe 2 und 3) und der erste Endbereich 72 der Torsionsfeder 70 ist in die Riemenscheibentasche 20 eingepresst, so dass die äußeren und inneren umlaufenden Taschenwände 22, 28 jeweils die äußeren und inneren und umlaufenden Flächen 82, 84 der Torsionsfeder 70 in ihrem ersten Endbereich 72 sicher greifen. Andere nicht gekuppelte Verbindungsmittel sind ebenfalls möglich. So brauchen die äußeren und inneren umlaufenden Taschenwände 22, 28 die äußeren und inneren Umfangsflächen 82, 84 der Torsionsfeder 70 in ihrem ersten Endbereich 72 nicht zu greifen bzw. zu berühren, so dass der Antrieb ausschließlich über den Anschlag mit dem Riemenscheiben-Federanschlag 26 erfolgt. Es werden auch andere Formen des Anstoßens in Betracht gezogen; so kann beispielsweise der erste Endbereich 72 eine Kerbe entlang der Windung haben, in die eine entsprechende Lasche in der Riemenscheibentasche 20 eingreift. Alternativ kann der Anschlag des ersten Federendes 74 weggelassen und die nicht gekuppelte Verbindung durch den sicheren Griff mindestens einer - und vorzugsweise beider - der äußeren und inneren umlaufenden Taschenwände 22, 28 gegen die entsprechenden äußeren und/oder inneren Umfangsflächen 82, 84 der Torsionsfeder 70 in ihrem ersten Endbereich 72 erreicht werden. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Nenndurchmesser der Torsionsfeder 70 im ersten Endbereich 72 etwas größer als der Innendurchmesser der äußeren Taschenwand und/oder etwas kleiner als der Außendurchmesser der inneren Taschenwand 28 ist, so dass ein sicherer Presssitz erreicht wird.
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In der abgebildeten Ausführungsform erstreckt sich der erste Endbereich 72 über etwa eine Spirale (360 Grad) der Torsionsfeder. Die axiale Ausdehnung des ersten Endbereichs 72 kann in der Praxis etwas variieren, was von mehreren Faktoren abhängt, u.a. davon, ob der Anschlag 26 verwendet wird; vom Nenndurchmesser, der Breite und der Federrate der Torsionsfeder 70 im ersten Endbereich 72; von der gewünschten Haftung zwischen den äußeren und inneren und Umfangsflächen 82, 84 der Torsionsfeder 70 und den äußeren und inneren umlaufenden Taschenwänden 22, 28; und/oder vom Helixwinkel der Torsionsfeder 70. Es ist jedoch am besten, die axiale Ausdehnung des ersten Endbereichs 72 auf vorzugsweise nicht mehr als zwei Spiralen zu begrenzen, da sonst der Entkoppler 10 möglicherweise nicht für Automobilmotoren geeignet ist.
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Der Zwischenbereich 80 der Torsionsfeder 70 ist innerhalb der Übertragungstrommel 40 angeordnet. Im statischen Zustand sind die Nenndurchmesser der Torsionsfederwindungen im Zwischenbereich 80 vorzugsweise kleiner als der Durchmesser der Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46, um einen sinnvollen Verdrehungsbereich der Torsionsfeder 70 zu ermöglichen, z.B. 30 bis 90 Grad vor der Verriegelung. (Bei der Verriegelung können sich die Windungen der Torsionsfeder 70 nicht weiter ausdehnen, so dass die Riemenscheibe an diesem Punkt an der Nabe befestigt ist).
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Der zweite Federendbereich 76 ist innerhalb der Übertragungstrommel 40 angeordnet, wobei die äußere Umfangsfläche 82 der Torsionsfeder 70 im zweiten Feder-Endbereich 76 in die Kupplungseingriffswand 46 der Übertragungstrommel eingreift, so dass eine gekuppelte Verbindung zwischen dem zweiten Feder-Endbereich 76 und der Nabe 32 entsteht. Zu diesem Zweck können die eine oder mehrere Windungen der Torsionsfeder 70 im zweiten Federendbereich 76 mit einem Nenndurchmesser größer als der Durchmesser der Windungen im Zwischenbereich 80 ausgebildet werden. Alternativ kann statt der Variation der Windungsgröße die Übertragungstrommel 40 in alternativen Ausführungsformen mit einer nach innen vorstehenden Stufe oder Schräge (nicht abgebildet) zum Eingriff in die eine oder mehreren Windungen der Torsionsfeder 70 im zweiten Federendbereich 76 ausgebildet werden.
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Wie in der abgebildeten Ausführung gezeigt, kann sich der zweite Endbereich 76 axial über etwa zwei Spiralen (720 Grad) der Torsionsfeder 70 erstrecken. Die axiale Ausdehnung des zweiten Endbereichs 76 kann in der Praxis in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren variieren, u.a.: Nenndurchmesser, Breite und Federrate der Torsionsfeder 70 im zweiten Endbereich 76; die gewünschte Haftung zwischen der äußeren Umfangsfläche 82 der Torsionsfeder 70 im zweiten Endbereich 76 und der Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46; und/oder der Schrägungswinkel im zweiten Endbereich 76 der Torsionsfeder 70. Auch hier ist es am besten, die axiale Ausdehnung des zweiten Endbereichs 76 auf vorzugsweise nicht mehr als maximal drei oder vier Spiralen zu begrenzen, da der Entkoppler 10 sonst nicht für Automobilmotoren geeignet wäre.
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Eine axiale Halterung 90 kann auf die Riemenscheibe 12 unter der Führungswand 14b aufgepresst werden, um die Riemenscheibe im Wesentlichen abzudichten. Eine Ringbuchse 92 (siehe ) kann zwischen der Halterung 90 und der radialen Schulterwand 44 der Übertragungstrommel angeordnet werden, um eine Verbindung zwischen den beiden Komponenten zu verhindern. Am anderen Ende der Riemenscheibe kann auch eine Dichtungskappe 94 angebracht werden. Optional kann die Buchse 92 in einem Stück mit der Buchse 62 geformt werden.
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Im Betrieb wird die Riemenscheibe 12 durch den Riemen (nicht abgebildet) in einer ersten Drehrichtung gedreht. Wie oben diskutiert, bewirkt die nicht gekuppelte Verbindung zwischen der Riemenscheibe 12 und dem ersten Endbereich 72 und/oder dem ersten Ende 74 der Torsionsfeder 70, dass die Torsionsfeder 70 ebenfalls in der ersten Drehrichtung angetrieben wird, was die Torsionsfeder 70 ab- bzw. aufspannt. Die äußere Umfangsfläche 82 der Torsionsfeder 70 im zweiten Federendbereich 76 greift vorzugsweise im statischen Zustand mit ausreichendem Grip in die Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 ein, so dass zwischen der Torsionsfeder 70 im zweiten Federendbereich 76 und der Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 beim Antrieb der Torsionsfeder 70 in der ersten Drehrichtung im Wesentlichen kein oder nur wenig Schlupf vorhanden ist, wodurch die Nabe 32 und das daran befestigte riemengetriebene Zubehör in der ersten Drehrichtung mit im Wesentlichen keiner oder nur geringer Schlupfverzögerung angetrieben wird.
Solange ein positives Drehmoment auf die Riemenscheibe 12 durch die Bewegung des Riemens wirkt, überträgt die Torsionsfeder 70 die Drehbewegung der Riemenscheibe 12 auf die Nabe 32 und das riemengetriebene Zubehörteil. Während dieser Bewegung ermöglichen die Windungen des Torsionsfeder-Zwischenbereichs 80, dass die Nabe 32 und damit das daran befestigte riemengetriebene Zubehörteil während der angetriebenen Drehbewegung der Riemenscheibe 12 instantane, relativ elastische Drehbewegungen in entgegengesetzten Richtungen in Bezug auf die Riemenscheibe 12 ausführen kann, wie sie z.B. durch zyklisch schwankende Kurbelwellen-Drehmomente verursacht werden können. Wenn das positive Drehmoment an der Riemenscheibe 12 ansteigt, dehnt sich die Torsionswicklung 70 in größerem Maße aus, wodurch der Griff im zweiten Federendbereich 76 gegen die Übertragungstrommel 40 verstärkt wird, wodurch die äußere Umfangsfläche 82 einer oder mehrerer Windungen im Torsionsfeder-Zwischenbereich 80 die G Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 berührt und einrastet. Die Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 kann aus einem elastischen metallischen Material, wie z.B. Stahlblech, geformt sein oder einen Schlitz darin enthalten, was zu einer zunehmenden Ausdehnung der Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 und gleichzeitig zu einer Erhöhung der Reibung an der zwischen der Übertragungstrommel 40 und der Riemenscheibe 12 eingeklemmten Buchse 62 führt. Die Entkopplungsscheibe 10 stellt somit eine Dämpfungsquelle dar, die (im Allgemeinen linear) mit der Höhe des auf die Riemenscheibe 12 ausgeübten positiven Drehmoments korreliert.
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Wenn die Drehgeschwindigkeit der Riemenscheibe 12 durch den Riemen in einem Ausmaß verzögert wird, das ausreicht, um ein negatives Drehmoment zwischen der Riemenscheibe 12 und der Nabe 32 zu erzeugen, wird eine relative Drehung induziert, bei der die Nabe 32, während sie sich noch in der ersten Drehrichtung dreht, dazu neigt, sich aufgrund der Rotationsträgheit des angebrachten riemengetriebenen Zubehörs relativ zur Riemenscheibe 12 in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte Richtung zu drehen. Diese Tendenz führt dazu, dass sich die Torsionsfeder 70 zusammenzieht, wodurch die Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 gegen die äußere Umfangsfläche 82 der Torsionsfeder 70 im zweiten Feder-Endbereich 76 rutscht, wodurch die Nabe 32 und das daran befestigte riemengetriebene Zubehör mit einer Geschwindigkeit rotieren können, die größer ist als die Drehzahl der Riemenscheibe 12. Man sieht also, dass der zweite Federendbereich 76 in Bezug auf die Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 als Umschlingungskupplung fungiert.
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Wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, kann die Naben- Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 eine axiale Länge haben, die im Wesentlichen mit der axialen Länge der zylindrischen Innenwand 18 der Riemenscheibe und zumindest im Wesentlichen mit der axialen Ausdehnung des Zwischenbereichs 80 der Torsionsfeder 70 koextensiv ist. Dies wird aus mehreren Gründen bevorzugt. Erstens verwendet die Entkopplerscheibe 10 kein Rollenlager, sondern nur eine Buchse, um eine Bindung zwischen der Riemenscheibe 12 und der Nabe 32 zu verhindern, da sich diese Komponenten relativ zueinander drehen. Eine axial lange Buchse kann Kräfte, insbesondere radial unsymmetrische Kräfte, die der Riemen auf die Riemenscheibe ausüben kann, verteilen, ohne die gewünschte Haltbarkeit des Entkopplers 10 übermäßig zu beeinträchtigen. Zweitens kann die Naben-Übertragungstrommel-Kupplungseingriffswand 46 dazu dienen, die maximale Ausdehnung der Torsionsfeder 70 zu begrenzen, wodurch sichergestellt wird, dass die Torsionsfeder 70 nicht über ein vorbestimmtes Maß hinaus belastet wird, dass sonst die Haltbarkeit der Entkopplerscheibe negativ beeinflussen könnte. Drittens ist dieser Aufbau optimal für die Erzeugung einer proportionalen Dämpfung, wie bereits erwähnt.
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4 zeigt eine Entkopplerscheibe 100 nach einer zweiten Ausführungsform, die in gewisser Hinsicht eine operative Umkehrung der ersten Ausführungsform ist, indem die gekuppelte Verbindung zwischen der Riemenscheibe und dem zweiten Ende der Torsionsfeder und die nicht gekuppelte Verbindung zwischen der Nabe und dem ersten Ende der Torsionsfeder vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform sind das erste Ende und das zweite Ende der Torsionsfeder im Vergleich zur ersten Ausführung umgekehrt orientiert.
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Die Entkopplerscheibe 100 umfasst insbesondere einen drehbaren, rohrförmigen Außenkörper („Riemenscheibe“, der Kürze halber) 112 mit einer an einem Riemen angreifenden Außenfläche, wie z.B. voneinander beabstandete, umlaufende Führungswände 114a, 114b, die eine gerillte Fläche 116 überspannen, die zur Aufnahme eines endlosen Poly-V-Schlangengürtels, wie er in der Technik bekannt ist, zur Drehung der Riemenscheibe konfiguriert ist. Die Wände 114a, 14b und die Außenfläche 116 können alternativ jede andere Konfiguration für die Aufnahme jedes anderen Typs von Antriebsriemen haben, der in der Praxis eingesetzt werden kann. Im Inneren kann die Riemenscheibe 112 eine relativ glatte zylindrische Innenwand 118 haben, die der Außenfläche 116 gegenüberliegt.
Am Ende der Riemenscheibe befindet sich eine zylindrische Wand 122 und eine radiale Endwand 124. Wie weiter unten ausführlicher besprochen, fungiert die Innenfläche der zylindrischen Wand 122 als Kupplungseingriffswand, und daher kann die Wand 122 hier als Kupplungseingriffswand 122 der Riemenscheibe bezeichnet werden.
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Der Entkoppler 100 enthält eine Nabe 132, die zur Drehung innerhalb der Riemenscheibe 112 angeordnet ist, wie unten näher erläutert wird. Die Nabe 132 umfasst zwei Hauptkomponenten, eine Übertragungstrommel 140 und einen Verbinder 150 zur Befestigung der Nabe 132 an der Welle eines riemengetriebenen Zubehörs wie z.B. eines Generators.
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Die Übertragungstrommel 140 kann einen rohrförmigen Stummel 142, eine radiale Schulterwand 144 und eine sich axial erstreckende zylindrische Wand 146 aufweisen, die innerhalb der zylindrischen Wand 118 der Riemenscheibe angeordnet ist. Die Übertragungstrommel 140 kann aus einem geeigneten Metall geformt werden, wie im Folgenden näher erläutert wird, und unter Verwendung bekannter Walzformverfahren hergestellt werden. In alternativen Ausführungsformen kann die Übertragungstrommel 140 andere Formen haben, wie zuvor besprochen.
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Der Verbinder 150 kann einen Hohlraum 152 zur Befestigung an der Welle des riemengetriebenen Zubehörs bieten. Der Hohlraum 152 kann ein Muttergewinde 154 zur Befestigung an einer Welle mit entsprechendem Gewinde aufweisen. Wie in der abgebildeten Ausführungsform dargestellt, kann der Verbinder 150 einen rohrförmigen Stummel 156, eine radiale Schulter 158 und ein Werkzeugende 160 umfassen. Der rohrförmige Stummel 156 des Verbinders ist innerhalb des rohrförmigen Stummels 142 der Übertragungstrommel angeordnet, und die radiale Schulter 158 des Verbinders liegt an der radialen Schulterwand 144 der Übertragungstrommel an. Das Werkzeugende 160 kann so konfiguriert sein, dass es, wie zuvor beschrieben, in einen Spannwerkzeugkopf eingreift.
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Ein Ende der Nabe 132 kann eine innere, axial begrenzte Nabentasche 120 haben, wie sie z.B. zwischen der zylindrischen Wand 146 der Übertragungstrommel und einer erhöhten Umfangswand 128 im Verbinder 150 vorgesehen ist. Ein Federanschlag 126 kann in der Übertragungstrommel 140 vorgesehen sein.
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Die Übertragungstrommel 140 und der Verbinder 150 können - und werden vorzugsweise - getrennt ausgebildet. Bei der Installation wird die Übertragungstrommel 140 durch die Befestigung des Verbinders 150 an der Welle des riemengetriebenen Zubehörs relativ zur Welle des riemengetriebenen Zubehörs fixiert. In anderen Ausführungsformen können die Übertragungstrommel 140 und der Verbinder 150 als ein einziges integrales Teil hergestellt sein, z.B. durch Bearbeitungsvorgänge an einem einzigen Block.
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Eine Buchse 162 lagert die Riemenscheibe 112 auf der Nabe 132 und ermöglicht so eine relative Drehung zwischen diesen beiden Teilen. Die Buchse 162 enthält eine zylindrische Lagerwand 164, die zwischen der zylindrischen Wand 140 der Übertragungstrommel und der zylindrischen Wand 118 der Riemenscheibe angeordnet ist. Die Buchse 162 kann auch einen Endflansch 166 enthalten, der an einer offenen Stirnfläche 148 der Übertragungstrommel 140 anliegt, wodurch die Wanderung der Buchse 162 verhindert und die Reibung zwischen der Riemenscheibe und der Übertragungstrommel -Stirnfläche 48 verringert wird.
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Die Übertragungstrommel 140 und der Verbinder 150 definieren zusammen mit den Riemenscheibenwänden 122, 124 einen ringförmigen Hohlraum 168. In dem ringförmigen Hohlraum 168 ist eine schraubenförmige Torsionsschraubenfeder 170 mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnittsprofil angeordnet. Die Torsionsfeder 170 hat einen ersten Endbereich 172 mit einem ersten Federende 174, das im Wesentlichen in Umfangsrichtung weist, und einen zweiten Endbereich 176 mit einem zweiten Federende 178, das im Wesentlichen in Umfangsrichtung weist. Die Mehrzahl der Torsionsfederwindungen definiert einen Zwischenbereich 180 der Feder 170.
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Der zweite Feder-Endbereich 176 ist innerhalb der Riemenscheibe 112 angeordnet, wobei die äußere Umfangsfläche 182 der Torsionsfeder 170 im zweiten Feder-Endbereich 176 in die Riemenscheiben-Kupplungseingriffswand 122 eingreift, um eine gekuppelte Verbindung zwischen dem zweiten Feder-Endbereich 176 und der Riemenscheibe 112 zu schaffen. Zu diesem Zweck können die eine oder mehrere Windungen der Torsionsfeder 170 im zweiten Federendbereich 176 mit einem Nenndurchmesser gebildet werden, der etwas größer ist als der Durchmesser der Riemenscheiben-Kupplungseingriffswand 122.
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Wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, kann sich der zweite Endbereich 176 axial über etwa zwei Spiralen (720 Grad) der Torsionsfeder 170 erstrecken. Die axiale Ausdehnung des zweiten Endbereichs 176 kann in der Praxis in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren variieren, umfassend: Nenndurchmesser, Breite und Federrate der Torsionsfeder 170 im zweiten Endbereich 176; die gewünschte Haftung zwischen der äußeren Umfangsfläche 182 der Torsionsfeder 170 im zweiten Endbereich 176 und der Riemenscheiben-Kupplungseingriffswand 122; und/oder der Helixwinkel im zweiten Endbereich 176 der Torsionsfeder 170. Es ist am besten, die axiale Ausdehnung des zweiten Endbereichs 176 auf vorzugsweise nicht mehr als drei oder maximal vier Spiralen zu begrenzen, da sonst der Entkoppler 110 möglicherweise nicht für Automobilmotoren geeignet ist.
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Der Zwischenbereich 180 der Torsionsfeder 170 ist innerhalb der Übertragungstrommel 140 angeordnet. Im statischen Zustand sind die Nenndurchmesser der Torsionsfederwindungen im Zwischenbereich 180 vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser der zylindrischen Wandung der Übertragungstrommel 146, um einen sinnvollen Verdrehungsbereich der Torsionsfeder 70 zu ermöglichen, z.B. 30 bis 90 Grad vor der Verriegelung.
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Der erste Federendbereich 172 ist in der Nabentasche 120 angeordnet und mit der Nabe 132 über eine nicht gekuppelte Verbindung verbunden. In der abgebildeten Ausführungsform stößt das erste Federende 174 am Nabenfederanschlag 126 an oder liegt an diesem an, und der erste Endbereich 172 der Torsionsfeder 170 ist in die Nabentasche 120 eingepresst, so dass die äußere und innere Nabentaschenwand 146, 128 jeweils die äußeren und inneren und umlaufenden Flächen 182, 184 der Torsionsfeder 170 in ihrem ersten Endbereich 172 sicher greifen. Andere nicht gekuppelte Verbindungsmittel sind ebenfalls möglich. So brauchen die äußeren und inneren Nabentaschenwände 146, 128 die äußeren und inneren Umfangsflächen 182, 184 der Torsionsfeder 170 in ihrem ersten Endbereich 172 nicht zu greifen bzw. zu berühren, so dass die nicht gekuppelte Verbindung ausschließlich über die Anlage am Nabenfederanschlag 26 erfolgt.
Es werden auch andere Formen von Anstoßen in Betracht gezogen; beispielsweise kann der erste Endbereich 172 eine Kerbe entlang der Windung aufweisen, in die eine entsprechende Lasche in der Nabentasche 120 eingreift. Alternativ kann der Anschlag des ersten Federendes 174 gegen den Nabenfederanschlag 126 entfallen und die nicht gekuppelte Verbindung durch den sicheren Griff mindestens einer - und vorzugsweise beider - der äußeren und inneren Nabentaschenwände 146, 128 gegen die entsprechenden äußeren und/oder inneren Umfangsflächen 182, 184 der Torsionsfeder 170 in ihrem ersten Endbereich 172 erreicht werden. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass der Nenndurchmesser der Torsionsfeder 170 im ersten Endbereich 172 etwas größer als der Innendurchmesser der äußeren Taschenwand 146 und/oder etwas kleiner als der Außendurchmesser der inneren Taschenwand 128 ist, so dass ein sicherer Presssitz erreicht wird.
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In der Ausführungsform von 4 erstreckt sich der erste Endbereich 172 der Feder über etwa eine Spirale (360 Grad) der Torsionsfeder. Die axiale Ausdehnung des ersten Endbereichs 172 der Feder kann in der Praxis etwas variieren, was von mehreren Faktoren abhängt, umfassend, ob der Anschlag 126 verwendet wird; vom Nenndurchmesser, der Breite und der Federrate der Torsionsfeder 170 im ersten Feder-Endbereich 172; von der gewünschten Haftung zwischen den äußeren und inneren und Umfangsflächen 182, 184 der Torsionsfeder 170 und den äußeren und inneren Nabentaschenwänden 146, 128; und/oder vom Helixwinkel der Torsionsfeder 170. Es ist jedoch am besten, die axiale Ausdehnung des ersten Endbereichs 172 auf vorzugsweise nicht mehr als zwei Spiralen zu begrenzen, da sonst der Entkoppler 100 möglicherweise nicht für Automobilmotoren geeignet ist.
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Eine axiale Halterung 190 kann auf die Riemenscheibe 112 unter der Führungswand 114b aufgepresst werden, um die Riemenscheibe im Wesentlichen abzudichten. Eine Ringbuchse 192 kann zwischen der Halterung 190 und der radialen Schulterwand 144 der Übertragungstrommel angeordnet sein, um eine Verbindung zwischen den beiden Komponenten zu verhindern. Am anderen Ende der Riemenscheibe kann auch eine Dichtungskappe 194 angebracht werden.
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Im Betrieb wird die Riemenscheibe 112 durch den Riemen in einer ersten Drehrichtung gedreht (nicht abgebildet). Die gekuppelte Verbindung zwischen der Riemenscheibe 112 und dem zweiten Endbereich 176 der Torsionsfeder 170 neigt dazu, die Torsionsfeder 170 abzuwickeln oder auszudehnen, wenn ein positives Drehmoment zwischen der Riemenscheibe 112 und der Nabe 132 vorliegt, wodurch der zweite Endbereich 176 der Torsionsfeder 170 gegen die Innenseite der Riemenscheiben-Kupplungseingriffswand 122 blockiert. Dies bewirkt, dass die Torsionsfeder 170 ebenfalls in der ersten Drehrichtung angetrieben wird und als Folge der nicht gekuppelten Verbindung zwischen dem ersten Endbereich 172 der Torsionsfeder 170 und der Nabe 132 die Nabe 132 und damit die Welle des angetriebenen Zubehörs in der ersten Drehrichtung mitnimmt. Solange durch die Bewegung des Riemens ein positives Drehmoment auf die Riemenscheibe 112 wirkt, überträgt die Torsionsfeder 170 die Drehbewegung der Riemenscheibe 112 auf die Nabe 132 und das riemengetriebene Zubehör. Während dieser Bewegung ermöglichen die Windungen des Torsionsfeder-Zwischenbereichs 180, dass die Nabe 132 und damit das daran befestigte riemengetriebene Zubehör während der angetriebenen Drehbewegung der Riemenscheibe 112 in Bezug auf die Riemenscheibe 112 instantane, relativ elastische Drehbewegungen in entgegengesetzten Richtungen ausführen kann, wie sie beispielsweise durch zyklisch schwankende Kurbelwellen-Drehmomente verursacht werden können. Wenn das positive Drehmoment an der Riemenscheibe 112 ansteigt, dehnt sich die Torsionswicklung 170 in größerem Maße aus, wodurch der Griff im zweiten Federendbereich 176 gegen die Innenseite der Riemenscheiben-Kupplungseingriffswand 122 verstärkt wird und die äußere Umfangsfläche 182 einer oder mehrerer Windungen im Torsionsfeder-Zwischenbereich 180 die zylindrische Wand 146 der Getriebetrommel berührt und in Eingriff bringt. Die Übertragungstrommel 140 kann aus einem elastischen Metallmaterial, wie z.B. Stahlblech, geformt sein oder einen Schlitz enthalten, was zu einer zunehmenden Ausdehnung der Übertragungstrommel 140 und gleichzeitig zu einer Erhöhung der Reibung an der zwischen der Übertragungstrommel 140 und der Riemenscheibe 112 eingeklemmten Buchse 162 führt. Die Entkopplungsscheibe 100 stellt somit eine Dämpfungsquelle dar, die (im Allgemeinen linear) mit der Höhe des auf die Riemenscheibe 112 ausgeübten positiven Drehmoments korreliert.
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Wenn die Drehzahl der Riemenscheibe 112 durch den Riemen so weit abgebremst wird, dass sich zwischen der Riemenscheibe 112 und der Nabe 132 ein negatives Drehmoment einstellt, wird eine relative Drehung induziert, bei der die Nabe 132, die sich zwar noch in der ersten Drehrichtung dreht, aber aufgrund der Rotationsträgheit des angebrachten riemengetriebenen Zubehörs dazu neigt, sich relativ zur Riemenscheibe 112 in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Richtung zu drehen. Diese Tendenz führt dazu, dass sich die Torsionsfeder 170 zusammenzieht, wodurch die Innenseite der Kupplungseingriffswand 122 der Riemenscheibe gegen die äußere Umfangsfläche 182 der Torsionsfeder 170 im zweiten Feder-Endbereich 176 rutscht, wodurch die Nabe 132 und das daran befestigte riemengetriebene Zubehör mit einer Geschwindigkeit rotieren können, die größer ist als die Drehzahl der Riemenscheibe 112. Man sieht also, dass der zweite Federendbereich 176 in Bezug auf die Riemenscheibenkupplungseingriffswand 122 als Umschlingungskupplung fungiert.
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Wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, kann die zylindrische Wand 146 der Nabenübertragungstrommel eine axiale Länge haben, die im wesentlichen koextensiv mit der axialen Länge der zylindrischen Innenwand 118 der Riemenscheibe und zumindest im wesentlichen koextensiv mit der axialen Ausdehnung des Zwischenbereichs 180 der Torsionsfeder 170 ist, um die zuvor beschriebenen Vorteile zu nutzen.
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Während die hier enthaltene Beschreibung eine Vielzahl von Ausführungsformen der Erfindung darstellt, ist es möglich, dass die Erfindung für weitere Modifikationen und Änderungen anfällig ist, ohne von der angemessenen Bedeutung der begleitenden Ansprüche abzuweichen.
Teileliste
| Entkopplerscheibe | 10 | 1,2,3 |
| .Riemenscheibe | 12 | 1,2,3 |
| ..Umlaufende Leitwände | 14a, 14b | 1, 2 |
| ..Äußere gerillte Oberfläche | 16 | 1, 2 |
| ..Zylindrische Innenwand | 18 | 1, 2 |
| ..Tasche | 20 | 2, 3 |
| ...Äußere Umfangswand | 22 | 2 |
| ...Radiale Wand | 24 | 2 |
| ... Federanschlag | 26 | 3 |
| ...Innenumfangswand | 28 | 2 |
| ..Innenflansch | 30 | 2 |
| .Nabe | 32 | 2, 3 |
| ..Übertragungstrommel | 40 | 1,2,3 |
| ... Rohrförmiger Stummel | 42 | 1, 2 |
| ...Radiale Schulterwand | 44 | 1, 2 |
| ...Kupplungseingriffswand | 46 | 1, 2 |
| ...Endseite | 48 | 1, 2 |
| ..Verbinder | 50 | 1,2,3 |
| ...Hohlraum | 52 | 1, 2 |
| ...Rohrförmiger Stummel | 56 | 1, 2 |
| ...Radiale Schulter | 58 | 1, 2 |
| ...Werkzeug-Ende | 60 | 1, 2 |
| .Buchse | 62 | 1,2,3 |
| ..Zylindrische Wand | 64 | 1, 2 |
| ..Endflansch | 66 | 1, 2 |
| .Ringförmiger Hohlraum | 68 | 2 |
| .Torsionsfeder | 70 | 1,2,3 |
| ..Erster Endbereich | 72 | 1,2,3 |
| ..Erstes Ende | 74 | 1,3 |
| ..Zweiter Endbereich | 76 | 1,2,3 |
| ..Zweites Ende | 78 | 1 |
| ..Zwischenbereich | 80 | 1 |
| ..Äußere Umfangsfläche | 82 | 2 |
| ..innere Umfangsfläche | 84 | 2 |
| .Halterung | 90 | 1,2,3 |
| .Radiale Buchse | 92 | 2 |
| .Kappe | 94 | 1, 2 |
| Entkopplerscheibe | 100 | 4 |
| .Riemenscheibe | 112 | 4 |
| Umlaufende Leitwände | 114a, 114b | 4 |
| Äußere gerillte Oberfläche | 116 | 4 |
| Zylindrische Innenwand | 118 | 4 |
| Zylindrische Kupplungseingriffswand | 122 | 4 |
| Radiale Endwand | 124 | 4 |
| Nabe | 132 | 4 |
| Übertragungstrommel | 140 | 4 |
| Rohrförmiger Stummel | 142 | 4 |
| Radiale Schulterwand | 144 | 4 |
| Zylindrische Wand | 146 | 4 |
| Endseite | 148 | 4 |
| Verbinder | 150 | 4 |
| Zylindrische Wand | 128 | 4 |
| Hohlraum | 152 | 4 |
| Rohrförmiger Stummel | 156 | 4 |
| Radiale Schulter | 158 | 4 |
| Werkzeug-Ende | 160 | 4 |
| Tasche | 120 | 4 |
| Federstopp | 126 | 4 |
| Buchse | 162 | 4 |
| Zylindrische Wand | 164 | 4 |
| Endflansch | 166 | 4 |
| Ringförmiger Hohlraum | 168 | 4 |
| Torsionsfeder | 170 | 4 |
| Erster Endbereich | 172 | 4 |
| Erstes Ende | 174 | 4 |
| Zweiter Endbereich | 176 | 4 |
| Zweites Ende | 178 | 4 |
| Zwischenbereich | 180 | 4 |
| Äußere Umfangsfläche | 182 | 4 |
| innere Umfangsfläche | 184 | 4 |
| Halterung | 190 | 4 |
| Radiale Buchse | 192 | 4 |
| Kappe | 194 | 4 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 62555448 [0001]
- US 9611903 [0005]
- US 9518646 [0005]
- US 9441677 [0005]
- US 5156573 [0005]
