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Diese Anmeldung beansprucht die Rechte nach 35 U.S.C. §119(e) der Provisorischen US-Patentanmeldung 61/870 327, eingereicht am 27. August 2013, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Statorbaugruppen, insbesondere die zuverlässige Verbindung zwischen dem Statorkörper und dem äußeren Laufring und ganz besonders die funktionelle Verbindung zwischen dem Stator und dem äußeren Laufring.
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Drehmomentwandler werden in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen verwendet, um die Übertragung eines Drehmoments von dem Motor an das Getriebe zu ermöglichen. Statorbaugruppen dienen dazu, einen Flüssigkeitsstrom von der Turbine zur Pumpe in dem Drehmomentwandler so zu lenken, dass die Drehung des Drehmomentwandlers aufrechterhalten bleibt. Statorbaugruppen enthalten eine Freilaufkupplung (Kupplung), damit sich der Stator bei höheren Drehzahlen mit der Pumpe und der Turbine drehen kann und sich bei niedrigeren Drehzahlen, darunter zum Beispiel beim Starten des Fahrzeugs, nicht in der entgegengesetzten Richtung drehen kann.
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Die Kupplung enthält einen äußeren Laufring, der funktionell mit dem Stator verbunden ist. Unter funktioneller Verbindung ist zu verstehen, dass eine Komponente oder Einheit entweder direkt oder indirekt mit einer zweiten Komponente verbunden ist und bewirkt, dass die zweite Komponente in Aktion tritt. Zum Beispiel berührt der äußere Laufring der Kupplung den Stator oder liegt an diesem an und lässt den Stator bei hohen Drehzahlen des Drehmomentwandlers rotieren (Freilauf) und verhindert eine Drehung des Stators bei niedrigen Drehzahlen, sodass der Stator einen Flüssigkeitsstrom zur Pumpe des Drehmomentwandlers umlenken kann.
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Bei der Herstellung einer Statorbaugruppe sind verschiedene Probleme zu lösen. Zur Kostensenkung werden Statoren für gewöhnlich aus weicheren Metallen wie beispielsweise Aluminium gefertigt, während äußere Laufringe normalerweise aus härteren Werkstoffen wie beispielsweise Stahl hergestellt werden, um dem auf die Kupplung einwirkenden Drehmoment standzuhalten. Aufgrund der beim Betrieb eines Drehmomentwandlers entstehenden hohen Flüssigkeitstemperaturen dehnen sich der Stator und der äußere Laufring unterschiedlich stark aus, da sie unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei sich das Aluminium des Stators stärker ausdehnt als der Stahl der äußeren Laufrings. Dadurch kann die Haltbarkeit der Statorbaugruppe abnehmen, da sich die funktionelle Verbindung zwischen dem Stator und dem äußeren Laufring stark verändern kann.
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Bei alternativen Entwürfen werden in dem Statorgehäuse gegossene radiale Vorsprünge oder Stollen verwendet, die in Schlitze in dem äußeren Laufring eingreifen. Zum Zusammenbauen der beiden Komponenten muss die Verbindungsstelle ein bestimmtes Spiel aufweisen. Deshalb stößt die Nase des rotierenden Stators gegen den Schlitz des stationären äußeren Laufrings, wenn die Kupplung einrückt. Diese Stöße bewirken letztlich, dass die weichere Nase des Stators durch den härteren äußeren Laufring verschlissen wird.
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Außerdem müssen beim Entwerfen von Statorbaugruppen normalerweise enge Toleranzen zwischen dem Stator und dem äußeren Laufring eingehalten werden, um die bestmögliche Funktionsweise sicherzustellen. Glatte zylindrische Oberflächen lassen sich auf einer Drehmaschine weniger aufwändig herstellen als Oberflächen mit Vorsprüngen in der Innenfläche des Stators zu fräsen, die für den funktionellen Eingriff in den äußeren Laufring dienen,
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In der
US-Patentschrift 5 056 581 von Tarawa et al., die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist, wird ein Verfahren zum Bilden eines äußeren Statorrings (äußerer Laufring) offenbart, bei dem der äußere Laufring geschmiedet wird, um über den Außenrand des Laufrings verteilte Vorsprünge zu bilden. Der Stator wird durch Gießen gebildet, indem der äußere Laufring als Einsatz verwendet wird. Mittels dieses Verfahrens wird eine enge Verbindung zwischen dem äußeren Laufring und dem Stator gebildet, jedoch sind hierfür aufwändige Gieß- und Schmiedeprozesse erforderlich. In der
US-Patentschrift 8 197 202 von Olsen et al., die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist, wird ein Statorgehäuse mit zuvor gegossenen Rillen zum Verbessern der Haltbarkeit einer Einpressverbindung mit dem äußeren Laufring offenbart, das Zähne oder Vorsprünge am Rand des äußeren Laufrings aufweist, die in die zuvor gegossenen Rillen passen. Diese Verbindung kann durch Unterschiede in der thermischen Ausdehnung Änderungen unterworfen sein.
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Somit ist zu erkennen, dass in der Praxis ein Bedarf an einer Statorbaugrupppe besteht, in der das Spiel verringert oder beseitigt werden kann, in der die Probleme der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gelöst und glatte Oberflächen zur Fertigung der Statorbaugruppe verwendet werden können.
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Die vorliegende Erfindung umfasst allgemein einen äußeren Laufring für eine Statorbaugruppe, der umfasst: einen Körper; einen äußeren Umfangsrand; eine Vielzahl von Zähnen, die sich von dem Rand des Außenumfangs aus radial nach außen erstrecken, wobei jeder aus der Vielzahl von Zähnen eine Dicke, ein Paar entgegengesetzter Seiten und einen Außenrand der Zähne aufweist, der sich zwischen jedem Paar entgegengesetzter Seiten erstreckt; mindestens ein Keilprofil, das aus mindestens einer der beiden entgegengesetzten Seiten herausragt; und einen inneren Umfangsrand. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen in Querrichtung eine Vielzahl von Keilprofilen von beiden entgegengesetzten Seiten jedes Zahns.
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Die vorliegende Erfindung umfasst allgemein auch eine Statorbaugruppe, die umfasst: einen Stator und einen äußeren Laufring. Der Stator beinhaltet: einen Statorkörper; einen äußeren Statorumfangsrand; einen inneren Umfangsrand; und eine innere Umfangsfläche, die eine Vielzahl von Aussparungen beinhaltet; eine Vielzahl über die Innenfläche verteilter Schaufeln. Der äußere Laufring beinhaltet: einen Körper, einen äußeren Umfangsrand; eine Vielzahl von Zähnen, die sich von der äußeren Umfangsfläche aus radial nach außen erstrecken, wobei jeder aus der Vielzahl von Zähnen eine Dicke, ein Paar entgegengesetzter Seiten und einen Außenrand aufweist, der sich zwischen jedem Paar der Seiten erstreckt; mindestens ein Keilprofil, das aus mindestens einer der beiden entgegengesetzten Seiten herausragt; und einen inneren Umfangsrand. Jedes der mindestens einen Keilprofile bildet Rillen innerhalb entsprechender Aussparungen, wenn der äußere Laufring in den Statorkörper eingepresst wird.
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Die Erfindung umfasst allgemein auch ein Verfahren zum Fertigen einer Statorbaugruppe, wobei ein Stator beinhaltet: einen Statorkörper; einen äußeren Statorumfangsrand; einen inneren Umfangsrand; eine Außenfläche; und eine innere Umfangsfläche, die eine Vielzahl von Aussparungen beinhaltet; eine Vielzahl über die Innenfläche verteilter Schaufeln; und wobei ein äußerer Laufring beinhaltet: einen Körper; einen äußeren Umfangsrand; eine Vielzahl von Zähnen, die sich von dem äußeren Umfangsrand aus radial nach außen erstrecken, wobei jeder aus der Vielzahl von Zähnen eine Dicke, ein Paar entgegengesetzter Seiten und einen Außenrand aufweist, der sich zwischen jedem Paar der Seiten erstreckt; mindestens ein Keilprofil, das aus mindestens einer der beiden entgegengesetzten Seiten herausragt; und einen inneren Umfangsrand; wobei jedes der mindestens einen Keilprofile Rillen innerhalb entsprechender Aussparungen des Stators bildet, wenn der äußere Laufring in den Statorkörper eingepresst wird, wobei das Verfahren ein Anordnen jedes der Zähne in Bezug auf die Schlitze umfasst; und Einpressen der Zähne in einer axialen Richtung in die Schlitze des Stators. Die Vielzahl von Keilprofilen bilden Rillen innerhalb der Schlitze des Stators, wenn der äußere Laufring in den Statorkörper eingepresst wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Statorbaugruppe bereitzustellen, die bei hohen Temperaturen eine zuverlässige Funktionsweise gewährleistet.
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Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verbindung zwischen Stator und äußerem Laufring bereitzustellen, bei der das Spiel verringert oder beseitigt ist.
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Eine dritte Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Statorbaugruppe bereitzustellen, in der die Bauteile einfach bearbeitet werden.
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Das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren ausführlich beschrieben, wobei:
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1 eine Draufsicht auf die Vorderseite des äußeren Laufrings der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine vergrößerte perspektivische Draufsicht auf einen der Zähne ist, die sich von dem äußeren Laufring der vorliegenden Erfindung aus erstrecken;
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3 eine Draufsicht auf die Statorbaugruppe ist, der mit dem äußeren Laufring der vorliegenden Erfindung zusammengebaut ist;
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4 eine Draufsicht auf die Rückseite der Statorbaugruppe der vorliegenden Erfindung ist; und
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5 eine vergrößerte Draufsicht auf einen der Zähne des äußeren Laufrings ist, der in den Körper des Stators der Statorbaugruppe der vorliegenden Erfindung eingepresst ist.
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Von vornherein sollte einsichtig sein, dass gleiche Bezugsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische Strukturelemente der Erfindung bezeichnen. Es sollte auch klar sein, dass Proportionen und Winkel in den Figuren nicht immer maßstabsrecht sind, um die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf die gegenwärtig als bevorzugt angesehenen Ausführungsformen beschrieben wird, ist klar, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung soll verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen erfassen, die innerhalb des Wesensgehalts und des Schutzumfangs der beiliegenden Ansprüche enthalten sind.
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Darüber hinaus ist klar, dass diese Erfindung nicht auf die einzelnen beschriebenen Verfahren, Werkstoffe und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Ferner ist klar, dass die hierin verwendeten Begriffe nur zum Beschreiben bestimmter Aspekte dienen und nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, der nur durch die beiliegenden Ansprüche eingeschränkt wird.
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Sofern nicht anderweitig definiert, weisen alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung auf, wie sie dem Fachmann geläufig sind, an den sich diese Erfindung richtet. Es sollte einsichtig sein, dass der Begriff „im Wesentlichen“ gleichbedeutend ist mit Begriffen wie „nahe liegend“, „sehr nahe liegend“, „circa“, „annähernd“, „ungefähr“, „angrenzend an“, „nahe“, „wesentlich“, „benachbart“, „in der Nähe von“ usw. und dass solche Begriffe in der Beschreibung und den Ansprüchen austauschbar verwendet werden können. Es sollte einsichtig sein, dass der Begriff „nächstliegend“ gleichbedeutend ist mit Begriffen wie „nahe“, „eng“, „daneben“, „benachbart“, „unmittelbar“, „angrenzend“ usw. und dass solche Begriffe in der Beschreibung und den Ansprüchen austauschbar verwendet werden können. Obwohl in der Praxis oder zum Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einheiten oder Werkstoffe verwendet werden können, die den hierin beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, werden nunmehr die bevorzugten Verfahren, Einheiten und Werkstoffe beschrieben.
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1 ist eine Draufsicht auf den äußeren Laufring 100 der vorliegenden Erfindung. Der äußere Laufring 100 („Laufring 100“) beinhaltet einen Körper 112 und einen äußeren Umfangsrand 114 („Rand 114“). Zähne 116 ragen aus dem Rand 114. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zähne 116 integraler Bestandteil des Randes 114. Unter einem integralen Bestandteil ist zu verstehen, dass die Teile der Komponente zusammen in einer Einheit gebildet sind. Jeder der Zähne 116 weist entgegengesetzte Seiten 116b und einen Rand 116a des Zahns auf, der sich zwischen entgegengesetzten Seiten 116b erstreckt. Außerdem weisen die Zähne 116 zusammen mit dem äußeren Laufring 100 insgesamt eine Tiefe oder Dicke auf, die sich von der in 2 gezeigten Rückfläche aus bis zu einer entgegengesetzten Vorderfläche erstreckt (in 1 nicht zu sehen).
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Der äußere Laufring 100 beinhaltet auch einen inneren Umfangsrand 118 („Rand 118“). Bei der gezeigten Ausführungsform erstrecken sich eine Vielzahl innerer Streben 120 von dem Rand 118 aus radial nach innen. Bei derselben Ausführungsform erstrecken sich geneigte Rampen 122 auf einem Teil des Abstands zwischen den einzelnen Streben 120 über den inneren Umfangsrand 118 hinweg. Eine Schulter 124 zeigt an, wo die Schräge der Rampe 122 endet.
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2 ist eine perspektivische Draufsicht auf einen der Zähne 116. Gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der Zahn 116 als integraler Bestandteil des Außenrandes 114 und des Körpers 112 gezeigt. Gemäß anderen Ausführungsformen können die Zähne 116 an den Außenrand 114 angeschweißt sein. Keilprofile 117 erstrecken sich in Querrichtung von den entgegengesetzten Seiten 116b aus. Die Keilprofile 117 lassen erkennen, dass sie die Breite oder Dicke 116c des Zahns 116 erweitern.
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3 ist eine Draufsicht auf den Stator 200. Der Stator 200 beinhaltet einen äußeren Statorrand 202 („äußerer Rand 202“) und einen inneren Statorrand 208 („Rand 208“). Zwischen den Rändern 202 und 208 befinden sich eine Vielzahl von Statorschaufeln 204, die sich vom äußeren Statorrand 202 aus radial nach innen zum Statorkörper 206 erstrecken. Der Innenrand 208 ist vorzugsweise glatt und beinhaltet eine Vielzahl von Schlitzen 210, die integraler Bestandteil des Randes 208 sind. Im Folgenden wird erläutert, dass die Zähne 116 in die Schlitze 210 eingepresst werden, wobei die Keilprofile 117 Querrillen 217 in den Seitenwänden der Schlitze 210 bilden.
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4 ist eine Draufsicht auf die Rückseite der Statorbaugruppe 400. Diese Ansicht zeigt den Zusammenbau des Stators 200 mit der Freilaufkupplung, die einen äußeren Laufring 100 und einen inneren Laufring 300 beinhaltet.
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Der Stator 200 weist eine Dicke auf, die sich zwischen der (in den 3 oder 4 nicht sichtbaren) Vorderseite und der Rückseite erstreckt. Demgemäß beinhaltet der innere Statorrand 208 eine Innenfläche, die sich zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Stators 200 erstreckt. Vorzugsweise ist die Innenfläche glatt, beinhaltet also keine Vorsprünge, die sich von der Innenfläche aus radial nach innen erstrecken. Diese glatte Innenfläche bietet den Vorteil einer leichteren und weniger aufwändigen Bearbeitung der Innenfläche, um eine wirksame Verbindung mit dem äußeren Laufring 100 herzustellen.
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Streben 120 erstrecken sich vom inneren Umfangsrand 118 aus zum inneren Laufring 300. Rollkörper 126 sind zwischen der Rampe 122 und dem Außenrand 304 des inneren Laufrings angeordnet. Jedem Rollkörper 126 ist eine Feder 128 benachbart. Die Rollkörper 126 stehen in Kontakt mit dem Außenrand 304 des inneren Laufrings und rollen auf diesem ab. Der innere Laufring 300 beinhaltet einen inneren Laufringkörper 302. Zähne 308 erstrecken sich von dem inneren Umfangsrand 304 des inneren Laufrings 300 aus radial nach innen.
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Unter Freilaufbedingungen drehen sich der äußere Laufring 100 und der Stator 200, die durch Keilprofile 117 miteinander verbunden sind, gemeinsam in der durch den Pfeil angegebenen Richtung. Federn 128 drücken die Rollkörper 126 weiter zur Rampe 118, wo sich ein größerer Spalt zwischen dem Innenrand 118 und dem Außenrand 304 des inneren Laufrings 300 befindet. Dadurch können sich der äußere Laufring 100 und der Stator 200 frei drehen. Im gesperrten Zustand drehen sich der Stator 200 und der äußere Laufring 100 in entgegengesetzter Richtung und klemmen den Rollkörper 126 zwischen dem Innenrand 118 und dem Außenrand 304 des inneren Laufrings 300 ein. Dadurch wird verhindert, dass sich der Stator 200 dreht, was dazu führt, dass dieser den aus der Turbine austretenden und in die Pumpe des Drehmomentwandlers eintretenden Flüssigkeitsstrom umkehrt.
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5 zeigt eine Draufsicht auf einen der Zähne 116, der in den Körper 206 des Stators 200 eingepresst ist. Die Zähne 116 beinhalten mindestens ein Keilprofil 117, das aus mindestens einer Seite 116b herausragt. Vorzugsweise ragen eine Vielzahl von Keilprofilen 117 in Querrichtung aus jeder entgegengesetzten Seite 116b auf allen Zähnen 116. Der innere Statorrand 208 ist gegenüber dem äußeren Umfangsrand 114 des äußeren Laufrings 100 geringfügig radial nach außen versetzt angeordnet. Vorzugsweise ist der Stator 200, der die Wände der Schlitze 210 beinhaltet, aus einem weicheren Werkstoff hergestellt als der äußere Laufring 100. Zum Beispiel kann der Stator 200 aus Aluminium hergestellt sein, während der äußere Laufring 100 aus Stahl besteht. Zu erkennen ist, dass der Statorkörper 206 die Rillen 217 umschließt.
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Vor dem Herstellen der Presspassung zwischen dem äußeren Laufring 100 und dem Stator 200, die zum Einpressen in die Baugruppe axial aufeinander ausgerichtet sind, ragen die Keilprofile 117 über die Seitenwände des Schlitzes 210 hinaus. Während des Einpressens schneiden die Keilprofile 117 aus härterem Werkstoff einzelne Querrillen 217 aus den Innenwänden der Schlitze 210 heraus und passen sich in diese ein, was dazu führt, dass die einzelnen Keilprofile 117 genau in die Rillen 217 passen. Diese enge Passung in Querrichtung bietet den Vorteil, dass ein Herausziehen des Stators 200 aus dem äußeren Laufring 100 verhindert wird, wenn die Temperatur des Drehmomentwandlers und der Flüssigkeit im Langzeitbetrieb des Fahrzeugs ansteigt. Die enge Passung innerhalb der Querrillen bewirkt, dass der Stator 200 und der äußere Laufring 100 selbst dann in derselben relativen Position zueinander bleiben, wenn sich der Stator 200 bei Erwärmung radial stärker ausdehnt als der äußere Laufring 100.
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Ein weiterer Vorteil wird durch die enge Passung insofern bereitgestellt, als zwischen den Keilprofilen 117 und den Wänden der Rillen 217 nur ein geringer oder gar kein Zwischenraum besteht. Wenn der Drehmomentwandler ein Fahrzeug nach dem Anhalten startet (in Bewegung versetzt), erzeugt deshalb das Drehmoment, das durch die von der Turbine zur Pumpe zurückströmende Flüssigkeit ausgeübt wird, eine Drehkraft auf den Stator 200 in Sperrrichtung der Kupplung entgegen dem äußeren Laufring 100 und verhindert somit eine Drehung des Stators 200. Etwaige kleine Zwischenräume oder Spalte zwischen dem Stator 200 und dem äußeren Laufring 100 führen zu Zusammenstößen, durch die der weichere Stator 200 verschlissen wird. Durch die enge Passung zwischen den Keilprofilen 117 des äußeren Laufrings 100 und den Rillen 217 im Stator 200 werden Spalte am Kontaktpunkt zwischen dem Stator 200 und dem äußeren Laufring 100 verhindert oder stark verringert, sodass der durch Spiel verursachte Verschleiß des Stators verhindert oder stark verringert wird.
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Somit ist zu erkennen, dass die Aufgaben der Erfindung wirksam gelöst werden, obwohl dem Fachmann Änderungen und Modifikationen offensichtlich sein sollten, die nicht vom Wesensgehalt und vom Schutzumfang der beanspruchten Erfindung abweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- äußerer Laufring
- 112
- Körper des äußeren Laufrings
- 114
- äußerer Umfangsrand
- 116
- Zähne
- 116a
- Außenrand des Zahns
- 116b
- entgegengesetzte Seite des Zahns
- 116c
- Tiefe (Dicke) des Zahns
- 118
- innerer Umfangsrand
- 120
- Strebe
- 122
- schräge Rampe
- 124
- Schulter
- 126
- Rollkörper
- 128
- Feder
- 117
- Keil
- 200
- Stator
- 202
- Außenrand des Stators
- 204
- Statorschaufel
- 206
- Statorkörper
- 208
- Innenrand des Stators
- 210
- Statorschlitz
- 217
- Querrillen
- 300
- innerer Laufring
- 302
- innerer Laufringkörper
- 304
- Außenrand des inneren Laufrings
- 306
- Innenrand des inneren Laufrings
- 400
- Statorbaugruppe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5056581 [0008]
- US 8197202 [0008]
