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Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für ein Umschlingungsgetriebe einer Brennkraftmaschine, insbesondere für den einen Starter-Generator einschließenden Aggregateantrieb, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem Umschlingungsgetriebe, auch Zugmitteltrieb genannt, mit einem Starter-Generator besteht funktionsbedingt die Notwendigkeit einer abhängig vom Betriebszustand variablen Vorspannkraft. Im Startbetrieb des Starter-Generators wird ein sehr hohes Drehmoment von der Riemenscheibe des Starter-Generators ausgehend in das Umschlingungsgetriebe eingeleitet, wozu eine hohe Vorspannkraft des Zugorgans, beispielsweise Riemens, erforderlich ist. Im generatorischen Betrieb des Starter-Generators ist dagegen die hohe Vorspannkraft des Zugorgans nicht erforderlich. Vielmehr verursacht diese Nachteile wie, eine verringerte Lebensdauer des Zugorgans und der Riemenscheiben-Wälzlager aller dem Umschlingungsgetriebe zugeordneten Nebenaggregate. Weiterhin stellen sich auch proportional zur Vorspannkraft erhöhte Reibungsverluste an allen Lagerstellen des Zugorgans ein, was sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine auswirkt.
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Aus der
WO2012031361A1 ist eine Spanneinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Da der hydraulische oder pneumatische Aktor eine gewisse Zeit für die Verstellung braucht, ist eine zeitlich vorgeschaltete Verstellung des Aktors notwendig, um die Vorspannkraft auf das nötige Maß zu erhöhen, um Schlupf des Zugorgans beim Startbetrieb durch den Starter-Generator zu vermeiden. Dies ist von Nachteil, da der Startbetrieb durch den Fahrer ausgelöst wird und ohne Verzögerung erfolgen sollte.
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Die
US 4,413,982 A1 offenbart eine Spanneinrichtung für ein Umschlingungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs. Diese Spanneinrichtung umfasst eine Feder, um mittels einer Spannrolle eine Vorspannkraft im Zugorgan des Umschlingungsgetriebes einzustellen. Zu der Feder ist ein hydraulischer Dämpfer parallel geschaltet, um die Bewegung der Spannrolle zu dämpfen. Der Dämpfer weist eine mittels eines einstellbaren Ventils in seiner Dämpfercharakteristik variierbare Kolbenmechanik auf.
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Auch die
EP2184511 B1 ,
US 20030148838 A1 ,
US 20090186726 A1 offenbaren ein Federmittel umfassende Spanneinrichtung, bei der das Aus- und Einfedern der Spanneinrichtung mittels eines hydraulischen Dämpfers bedämpft und mittels einer Ventileinrichtung eingestellt werden kann.
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Eine gattungsgemäße Spanneinrichtung ist ferner aus der NTN Technical review No. 73 (2005) entnommenen Veröffentlichung mit dem Titel „The Auto-tensioner Market and Technical Trends" bekannt.
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Vor dem Hintergrund der Nachteile des Standes der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Spanneinrichtung bereitzustellen, die besser angepasst an den jeweiligen Betriebszustand des Starter-Generators eine Vorspannkraft des Zugorgans bereitstellt, insbesondere vor einem Startvorgang durch den Starter-Generator Stellzeiten vermeidet und auch bei Stillstand des Umschlingungsgetriebe eine selbsttätige Erhöhung der Vorspannkraft bewirkt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Spanneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für ein ein Zugorgan aufweisendes Umschlingungsgetriebe einer Brennkraftmaschine. Auch wenn die erfindungsgemäße Spanneinrichtung grundsätzlich für beliebige Umschlingungsgetriebe, wie formschlüssige Zugtriebe, geeignet ist, so eignet sie sich bevorzugt für kraftschlüssige Zugtriebe, bei denen das Drehmoment durch die in der Kontaktfläche zwischen Riemen und Riemenscheibe wirkenden Reibkräfte übertragen wird. Hinsichtlich des Zugorgans ist die Erfindung ferner nicht eingeschränkt. Bevorzugt handelt es sich um einen Riemen, wie einen Flachriemen, Keilriemen, Poly-V-Riemen oder Rundriemen.
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Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung weist ferner eine Spannrolle zur abstützenden Anlage an dem Zugorgan, bevorzugt zur Anlage am Leertrum, auf. Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung umfasst ferner eine Feder zur Erzeugung einer über die Spannrolle in das Zugorgan des Umschlingungsgetriebes eingekoppelten Vorspannkraft. Die Größe der für die Drehmomentübertragung notwendigen Reibkräfte hängt von der Vorspannkraft ab, die mit Hilfe der Spannrolle oder über die Länge des Riemens eingestellt werden kann. Die Vorspannkraft wird durch die Vorspannung bei ruhendem, d.h. im Stillstand befindlichen, Zugorgan definiert.
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Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung umfasst einen hydraulisch oder pneumatisch, bevorzugt hydraulisch, betriebenen Aktor, um mittels eines Arbeitsmediums, beispielsweise eines Hydraulikfluids, die durch die Feder erzeugte Vorspannkraft zu variieren. Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Aktor derart in die Spanneinrichtung eingebunden ist, dass bei Beaufschlagung des Aktor mit dem Arbeitsmedium die Spanneinrichtung der Wirkrichtung der Feder entgegen verstellt wird, beispielsweise gegenüber ihrem Zustand bei nicht-beaufschlagtem Aktor verkürzt wird, um die Vorspannkraft zu verringern. Die Verkürzung bezieht sich beispielsweise auf den Abstand zweier separater Befestigungspunkte der Spanneinrichtung, wobei einer der Befestigungspunkte der Spannrolle oder einem die Spannrolle tragenden Schwenkarm zugordnet ist und der andere der Befestigungspunkte einem stationären Element, z. B. der Stirnwand eines Motorblocks der Brennkraftmaschine zugeordnet ist.
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Erfindungsgemäß sind ferner Ablassmittel vorgesehen, um das Arbeitsmedium aus dem Aktor abzulassen, so dass sich der Aktor durch die Feder selbstständig zurückstellt, um die Vorspannkraft zu erhöhen. Dies sorgt beispielsweise nach dem Stopp der Brennkraftmaschine für eine Rückstellung der Spanneinrichtung und damit eine Maximierung der Vorspannkraft, ohne dass hierzu eine aktuatorische oder sonstige hydraulische, pneumatische oder elektrische Betätigung erforderlich ist. Somit ist es möglich, die maximale Vorspannung im Zugorgan selbsttätig zu erhalten, ohne dass Stellzeiten eines Aktors eingehalten oder beim Stoppen des Betriebes der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden müssen oder der Aktor unter Aufbringung von Energie zu diesem Zweck verstellt werden muss. Beispielsweise können so im Start-und-Stopp-Betrieb einer Brennkraftmaschine Verzögerungen minimiert werden.
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Durch die erfindungsgemäße Auslegung wird ermöglicht, dass vergleichsweise einfach und besser an den Betriebszustand eines in das Umschlingungsgetriebe integrierten Starter-Generators angepasst die Vorspannung im Zugorgan verändert, insbesondere erhöht werden kann. Beispielsweise ist bei nicht beaufschlagtem Aktor die effektive Federlänge maximiert und damit die Vorspannung im Zugorgan maximiert. Bei Beaufschlagung des Aktors kann die Vorspannung einfach minimiert werden. Dies stellt sicher, dass beispielsweise beim generatorischen Betrieb gegenüber dem Starterbetrieb, bei dem die volle Drehmomentübertragung zur Verfügung stehen muss, die Vorspannung vergleichsweise einfach reduziert werden kann, um so Reibungsverluste zu minimieren und Brennstoff einzusparen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor zu der Feder kinematisch parallel geschaltet.
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Bevorzugt ist die Spanneinrichtung so ausgelegt und angeordnet, dass durch Trumschwingungen, bevorzugt ausschließlich durch Trumschwingungen, des Zugorgans die Beaufschlagung des Aktors mit dem Arbeitsmedium erfolgt.
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Bevorzugt ist die Feder eine Druckfeder, deren Federenden sich an separaten, beispielsweise die Befestigungspunkte der Spanneinrichtung definierenden, Teilen der Spanneinrichtung abstützen. Beispielsweise handelt es sich um eine Zylinder- oder Tonnenfeder, die einen Hohlraum zur Aufnahme des Aktors definiert.
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Bevorzugt wird bei Beaufschlagung des Aktors mit dem Arbeitsmedium die Druckfeder komprimiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Aktor einen Kolben, der linear in einem Gehäuse verschiebbarer ist und einen Arbeitsraum begrenzt, wobei der Arbeitsraum in fluidleitender Verbindung mit einem Vorratsraum für das Arbeitsmedium steht. Beispielsweise sind der Vorratsraum und der Arbeitsraum in einem durch die Feder definierten Hohlraum angeordnet. Beispielsweise durchgreift eine dem Kolben zugeordnete Kolbenstange den Vorratsraum und den Arbeitsraum. Beispielsweise sind der Vorratsraum und der Arbeitsraum zylindrisch ausgebildet.
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Bevorzugt stützt sich die Feder mit einem ihrer Federende an einer dem Arbeitsraum zugeordneten Anlage und mit ihrem entgegengesetzten Federende an einer dem Kolben zugeordneten Struktur ab.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Beaufschlagung des Aktors mit dem Arbeitsmedium erfolgt, indem der Arbeitsraum über ein Einwegventil aus dem Vorratsraum mit dem Arbeitsmedium bei einer der Feder entgegenwirkenden Bewegung der Spanneinrichtung, beispielsweise einer Komprimierbewegung der Feder, gespeist wird. Beispielsweise erfolgt die der Feder entgegenwirkende Bewegung durch Trumschwingungen des im Umlaufbetrieb befindlichen Zugorgans des Umschlingungsgetriebes. Damit sorgen die Schwingungen des Zugorgans für eine Reduzierung dessen Vorspannung. Das Einwegventil verhindert in Sperrrichtung einen Rückfluss des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum und sorgt für einen Erhalt des jeweils Zustandes der Spanneinrichtung, während durch den Strömungswiderstand in Durchlassrichtung eine Dämpfung der Komprimierbewegung und damit der Trumschwingung des Zugorgans bewirkt werden kann.
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Bevorzugt ist ein selektiv ansteuerbares Ablassventil vorgesehen, um das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum über das selektiv ansteuerbare Ablassventil in den Vorratsraum abzulassen. Das selektiv ansteuerbare Ablassventil kann in das Einwegventil integriert sein, bevorzugt ist neben der für das Einwegventil vorgesehenen, den Arbeitsraum und den Vorratsraum verbindenden Leitung eine zweite, diese Räume verbindende Leitung vorgesehen, in die das Ablassventil integriert ist. Das Ablassventil dient dazu, den Aktor mittels der Feder zurückstellen zu können. Beispielweise ist dieses selektiv zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung ansteuerbar. Bevorzugt sind Zwischenstellungen vorhanden, um somit den Strömungswiderstand und damit die Dämpfung bei der Expansionsbewegung der Feder einstellen zu können. Beispielsweise handelt es sich um ein selektiv sperrbares, insbesondere elektromechanisch sperrbares Ventil, um im nicht angesteuerten Zustand beispielsweise nach dem Stopp der Brennkraftmaschine ohne Ansteuerung des Ventils durch dessen automatische Rückstellung für eine Öffnung des Absperrventils und somit wieder für eine selbstständige Rückstellung der Spanneinrichtung und damit eine Maximierung der Vorspannkraft zu sorgen.
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Bevorzugt ist ferner eine Steuereinheit zur selektiven Ansteuerung der Ablassmittel, insbesondere des Ablassventils, vorgesehen. Die Steuereinheit ist so ausgelegt, dass beim Stillstand des Umschlingungsgetriebes, beispielsweise spätestens vor dem Startbetrieb des Starter-Generators, das Arbeitsmedium aus dem Aktor abgelassen ist und während des Umlaufbetriebs des Umschlingungsgetriebes, beispielsweise beim generatorischen Betrieb des Starter-Generators, der Aktor mit dem Arbeitsmedium beaufschlagt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftmaschine mit einem Umschlingungsgetriebe, welches einen Starter-Generator einschließt, und wobei ferner eine Spanneinrichtung in einer der zuvor beschriebenen Ausführungen vorgesehen ist. Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Spanneinrichtung kann somit die Vorspannkraft im Startbetrieb des Starter-Generators gezielt und unter Vermeidung von Stellzeiten angehoben oder im generatorischen Betrieb des Starter-Generators gezielt abgesenkt werden. Bezüglich der spezifischen Vorteile wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Bevorzugt handelt es sich um eine Brennkraftmaschine für ein Hybrid-Fahrzeug.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
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1 eine Ansicht einer Brennkraftmaschine mit einem Umschlingungsgetriebe, welches einen Starter-Generator einschließt, und eine erfindungsgemäße Spanneinrichtung aufweist;
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2 eine axiale Schnittansicht der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Spanneinrichtung.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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In der 1 ist eine Stirnseite eines Motorblocks einer Brennkraftmaschine 8 gezeigt. Auf dieser Stirnseite ist ein Umschlingungsgetriebe 3, 5, 6, 7 angeordnet, wobei ein endloser Riemen 3 als Zugorgan um mehrere Riemenscheiben 5, 6, 7 geführt ist. Die Riemenscheibe 5 ist drehfest mit einer Welle eines Starter-Generators verbunden, während die Riemenscheibe 6 auf eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 8 aufgeflanscht ist und die Riemenscheibe 7 über eine Magnetkupplung an einen Klimakompressor gekoppelt ist. Zur Erzeugung eines ausreichenden Reibschlusses zwischen dem Riemen 3 und den Riemenscheiben 5, 6, 7 ist eine Vorspannung des Riemens 3 notwendig. Diese Vorspannung wird über eine an dem Riemen 3 anliegende und auf dem Riemen 3 abrollende Spannrolle 2 eingebracht. Die Spannrolle 2 ist an einem schwenkbeweglich am Motorblock der Brennkraftmaschine 8 gelagerten Schwenkarm 4 angebracht. Durch die erfindungsgemäße Spanneinrichtung 1, die sich einerseits am Motorblock der Brennkraftmaschine 8 und andererseits am Schwenkarm 4 abstützt, wird der Schwenkarm 4 in Richtung des Riemens 3 gedrängt, so dass der Riemen 3 vorgespannt wird. Die Darstellung der 1 dient lediglich der schematischen Anschauung, daher sind die in der Zeichnung gewählten Wirkrichtungen und Hebelverhältnisse nicht einschränkend zu verstehen und sind je nach den erforderlichen Gegebenheiten zu wählen und vom Fachmann entsprechend anzupassen.
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Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung 1 ist in der Axialschnittdarstellung der 2 im Detail dargestellt. Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung 1 umfasst eine Feder 11 und einen der Feder 11 kinematisch parallel geschalteten, hydraulisch betriebenen Aktor 9. Die Feder 11 ist eine zylinderförmige Druckfeder, die einen Hohlraum definiert, in dem der hydraulische Aktor 9 insbesondere dessen Kolbenmechanik aufgenommen ist. Die Feder 11 stützt sich an den separaten, d.h. relativ zueinander beweglichen, Teilen 17 und 18 der Spanneinrichtung 1 ab und drängt diese auseinander. Zur gelenkigen Befestigung an dem Schwenkarm 4 beziehungsweise an dem Motorblock der Brennkraftmaschine 8 sind die Teile 17 und 18 mit Gelenkaugen 21, 22 versehen. Die Teile 17, 18 können also auch als Befestigungselemente 17, 18 bezeichnet werden.
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Der Aktor 9 weist ein Gehäuse 23 auf, in dem ein Kolben 13 hin und her beweglich gelagert ist. Der Kolben 13 definiert in dem Gehäuse einen Arbeitsraum 14, der auf einer Seite durch den Kolben 13 und auf der entgegengesetzten Seite durch eine Zwischenwandung 24 begrenzt ist. Die Zwischenwandung 24 dient der Führung einer dem Kolben 13 zugewiesenen Kolbenstange und der Abtrennung zu einem benachbarten Vorratsraum 12, in dem das Arbeitsmedium 10, hier ein Hydraulikfluid, bevorratet wird. In die Zwischenwandung 24 ist ferner ein Einwegventil 19 integriert, das der Zuführung des Arbeitsmediums 10 aus dem Vorratsraum 12 in den Arbeitsraum 14 ermöglicht und in die entgegen gerichtete Strömungsrichtung sperrend wirkt. Darüber hinaus ist in die Zwischenwandung 24 ein selektiv ansteuerbares Absperrventil 20 integriert, das in geöffneter Stellung ein Ablassen und damit Rückströmen des Arbeitsmediums 10 aus dem Arbeitsraum 14 in den Vorratsraum 12 gestattet und im geschlossenen Zustand die fluidleitende Verbindung zwischen Vorratsraum 12 und Arbeitsraum 14 in beide Richtungen unterbindet. Der Aktor 9 ist samt Kolben 13, Arbeitsraum 14 und Vorratsraum 12 in dem durch die Feder 11 beschriebenen Hohlvolumen angeordnet.
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Der Aktor 9 ist so gerichtet, dass er bei Beaufschlagung mit dem Arbeitsmedium 10 der Wirkrichtung der Feder 11 entgegenwirkt. Da die Feder 11 sich mit einem Federende an einer dem Arbeitsraum 14 zugeordneten Anlage 16 abstützt und mit einem entgegengesetzten Federende an einer dem Kolben 13 zugeordneten Struktur 15 abstützt, wird die Feder 11 bei der Beaufschlagung des Kolbens 13 mit dem Arbeitsmediums 10 komprimiert und der Abstand der Gelenkaugen 21, 22 der Teile 17 bzw. 18 der Spanneinrichtung 1 verkürzt und somit letztlich die Vorspannung im Zugorgan 3 verringert. Dies verringert die Reibung und ist insbesondere beim generatorischen Betrieb des Starter-Generators 5 von Vorteil.
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Die Beaufschlagung des Aktors 9 erfolgt bei geschlossenem Absperrventil 20, indem Trumschwingungen des umlaufenden Zugorgans 3 Hubschwingungen des Kolbens 13 induzieren, wobei das Rückschlagventil 19 dafür sorgt, dass lediglich eine den Arbeitsraum 14 vergrößernde Hubbewegung des Kolbens 13 und eine damit einhergehende Komprimierbewegung der Feder 11 ermöglicht ist, indem das Arbeitsmedium 10 aus dem Vorratsraum 12 in den Arbeitsraum 14 strömt.
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Bei geöffnetem Absperrventil 20 kann das Arbeitsmedium 14 aus dem Vorratsraum 12 zurückströmen und die Feder 11 sorgt für eine selbständige Rückstellung der Spanneinrichtung 1, so dass die ursprüngliche höhere Vorspannung im Zugorgan 3 wieder hergestellt ist, um so aufgrund der höheren Reibung einen Schlupf zwischen der dem Starter-Generator zugeordneten Riemenscheibe 5 und dem Zugorgan 3 bei dem nächsten durch den Starter-Generator bewirkten Startvorgang zu vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spanneinrichtung
- 2
- Spannrolle
- 3
- Zugorgan (Riemen)
- 4
- Schwenkarm
- 5
- dem Starter-Generator zugeordnete Riemenscheibe
- 6
- der Kurbelwelle zugeordnete Riemenscheibe
- 7
- dem Klimakompressor zugeordnete Riemenscheibe
- 8
- Brennkraftmaschine
- 9
- Aktor
- 10
- Arbeitsmedium
- 11
- Feder
- 12
- Vorratsraum
- 13
- Kolben
- 14
- Arbeitsraum
- 15
- Struktur
- 16
- Anlage
- 17
- Teil
- 18
- Teil
- 19
- Einwegventil
- 20
- Selektiv ansteuerbares Ablassventil
- 21
- Gelenkauge
- 22
- Gelenkauge
- 23
- Gehäuse
- 24
- Zwischenwandung
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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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- WO 2012031361 A1 [0003]
- US 4413982 A1 [0004]
- EP 2184511 B1 [0005]
- US 20030148838 A1 [0005]
- US 20090186726 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- NTN Technical review No. 73 (2005) entnommenen Veröffentlichung mit dem Titel „The Auto-tensioner Market and Technical Trends“ [0006]
