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STAND DER TECHNIK DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Drehzahlwechsler.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Zum Beispiel wird für persönliche Mobilität und Elektrofahrzeuge ein Drehzahlwechsler (Getriebe) mit einem relativ hohen Drehzahl-Untersetzungsverhältnis verwendet, um ein hohes Drehmoment mit einem kleinen Motor abzugeben. Als ein Drehzahlwechsler, der ein hohes Drehzahl-Untersetzungsverhältnis ermöglicht, sind z. B. ein Untersetzungsgetriebe mit einer geringen-Zähne-Zahl-Differenz und ein in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer S60-143244 (
JP S60-143244 A ) offenbartes Verformungswellengetriebe bekannt.
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Konventionelle Drehzahlwechsler ermöglichen ein Drehzahländerungsverhältnis (ein Drehzahl-Untersetzungsverhältnis und ein Drehzahl-Übersetzungsverhältnis), das auf einen gewünschten Wert eingestellt wird, wobei aber nachteiliger Weise der Bereich der Werte, die eingestellt werden können (der Auswahlbereich), schmal ist. Des Weiteren nachteilig ist, dass eine signifikante Änderung des Drehzahländerungsverhältnisses eine wesentliche Änderung in der Konstruktion erfordert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Drehzahlwechsler bereitzustellen, der es ermöglicht, dass ein Drehzahländerungsverhältnis unterschiedlich eingestellt und einfach varriert werden kann.
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Ein Drehzahlwechsler weist bei einem Aspekt der Erfindung einen Innenring und einen Außenring auf, eine Vielzahl von ersten Rollenelementen, die in einem Ringraum zwischen dem Innenring und dem Außenring in axialer Richtung auf einer Seite vorgesehen sind, einen ringförmigen ersten Käfig, der die ersten Rollenelemente hält, eine Vielzahl von zweiten Rollenelementen, die im Ringraum in axialer Richtung auf der anderen Seite vorgesehen sind, und einen ringförmigen zweiten Käfig, der die zweiten Rollenelemente hält. Der erste Käfig ist ein feststehendes Element, dem es nicht möglich ist, sich um eine Mittellinie des Ringraumes zu drehen. Der Innenring oder der Außenring ist ein Eingangselement, an das ein Drehmoment eingegeben wird. Der zweite Käfig ist ein Ausgangselement, das eine Drehung abgibt, die aus einer Verringerung der Drehzahl des Eingangs resultiert. Ein erster drehender Abschnitt bzw. Drehabschnitt, der die ersten Rollenelemente und Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings aufweist, auf dem die ersten Rollenelemente rollen, unterscheidet sich in den Spezifikationen von einem zweiten drehenden Abschnitt bzw. Drehabschnitt, der die zweiten Rollenelemente und Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings aufweist, auf dem die zweiten Rollenelemente rollen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele mit Bezug zu der beigefügten Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen, und dabei ist:
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1 eine Schnittansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines Drehzahlwechslers darstellt;
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2 ein Diagramm eines Käfigs und einer Kegelrolle in einer radialen Richtung von außen betrachtet;
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3 eine Schnittansicht des Drehzahlwechslers in einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
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4 eine Schnittansicht des Drehzahlwechslers in einem dritten Ausführungsbeispiel.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Drehzahlwechslers. Ein Drehzahlwechsler 10 ist eine Vorrichtung, die die von einem Motor 5 übertragene Drehzahl ändert und die resultierende Drehung auf ein Ausgangsdrehelement 6 abgibt. Der Drehzahlwechsler 10 weist einen Innenring 11 auf, einen Außenring 12, eine Vielzahl von ersten Kegelrollen (erste Rollenelemente) 13, einen ringförmigen ersten Käfig 14, eine Vielzahl von zweiten Kegelrollen (zweite Rollenelemente) 15 und einen ringförmigen zweiten Käfig 16. Der erste Käfig 14 hält die ersten Kegelrollen 13. Der zweite Käfig 16 hält die zweiten Kegelrollen 15.
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Der Innenring 11 weist einen ersten Teil- bzw. Teilungsring 21 und einen zweiten Teil- bzw. Teilungsring 22 auf, in die der Innenring 11 axial unterteilt ist. Die Teilungsringe 21, 22 sind zylindrische Elemente, in denen jeweils axiale Durchgangslöcher 18a, 18b gebildet sind. Ein Wellenelement 17 verläuft durch die Durchgangslöcher 18a, 18b, um die Teilungsringe 21, 22 integral zusammenzuklemmen. Die beiden Teilungsringe 21, 22, in die der Innenring 11 unterteilt ist, drehen sich synchron. Das Wellenelement 17 wird nachfolgend beschrieben.
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Eine erste Innenlaufbahn 31, auf der die ersten Kegelrollen 13 rollen, ist an einem äußeren Umfang des ersten Teilungsrings 21 gebildet. Eine Kegelrückseitenrippe (nachfolgend als große Rippe bezeichnet) 32 ist in axialer Richtung auf einer ersten Seite der ersten Innenlaufbahn 31 vorgesehen. Die erste Innenlaufbahn 31 weist eine Kegelform auf. Die große Rippe 32 ist ein ringförmiger Abschnitt, der von der ersten Innenlaufbahn 31 in eine radiale Richtung nach außen hin vorsteht. Eine rollengroße Endfläche 13a der jeweils ersten Kegelrollen 13 berührt die große Rippe 32. Eine zweite Innenlaufbahn 33, auf der die zweiten Kegelrollen 15 rollen, ist an einem äußeren Umfang des zweiten Teilungsrings 22 gebildet. Eine große Rippe 34 ist in axialer Richtung auf einer zweiten Seite der zweiten Innenlaufbahn 33 vorgesehen. Die zweite Innenlaufbahn 33 weist eine Kegelform auf. Die große Rippe 34 ist ein ringförmiger Abschnitt, der von der zweiten Innenlaufbahn 33 in der radialen Richtung nach außen hin vorsteht. Eine rollengroße Endfläche 15a der jeweils zweiten Kegelrollen 15 berührt die große Rippe 34.
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Der Außenring 12 ist ein einzelnes zylindrisches Element. An den Außenring 12 ist ein Eingangsdrehelement 7 angebracht, das sich integral mit einem Rotor des Motors 5 dreht. Eine erste Außenlaufbahn 36, die der ersten Innenlaufbahn 31 zugewandt ist, ist in axialer Richtung auf der ersten Seite eines inneren Umfangs des Außenrings 12 gebildet. Die erste Außenlaufbahn 36 ist eine Fläche, auf der die ersten Kegelrollen 13 rollen und weist eine Kegelform auf. Eine zweite Außenlaufbahn 37, die der zweiten Innenlaufbahn 33 zugewandt ist, ist in axialer Richtung auf der zweiten Seite des inneren Umfangs des Außenrings 12 gebildet. Die zweite Außenlaufbahn 37 ist eine Fläche, auf der die zweiten Kegelrollen 15 rollen und weist eine Kegelform auf.
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Der Innenring 11 und der Außenring 12 sind konzentrisch vorgesehen, und ein Ringraum K ist zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 gebildet. Eine Mittellinie des Innenrings 11 und eine Mittellinie des Außenrings 12 fallen mit einer Mittellinie C0 des Ringraumes K zusammen. Die Mittellinie C0 entspricht einer Mittellinie des Drehzahlwechslers 10. Die ersten Kegelrollen 13 sind entlang einer Umfangsrichtung in axialer Richtung auf der ersten Seite des Ringraumes K angeordnet. Die zweiten Kegelrollen 15 sind entlang der Umfangsrichtung in axialer Richtung auf der zweiten Seite des Ringraumes K angeordnet.
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Der erste Käfig 14 weist ein Paar von ringförmigen Abschnitten 41, 42 und Wellenabschnitten 43 auf. Die ringförmigen Abschnitte 41, 42 sind in axialer Richtung auf den gegenüberliegenden Seiten der ersten Kegelrollen 13 vorgesehen. Die Wellenabschnitte 43 koppeln die ringförmigen Abschnitte 41, 42 aneinander. Jeder der Wellenabschnitte 43 verläuft durch die entsprechende erste Kegelrolle 13, die derart durch den Käfig 14 gehalten ist, dass diese drehbar ist. Der zweite Käfig 16 weist ein Paar von ringförmigen Abschnitten 44, 45 und Zapfen bzw. Wellenabschnitten 46 auf. Die ringförmigen Abschnitte 44, 45 sind in axialer Richtung auf den gegenüberliegenden Seiten der zweiten Kegelrollen 15 vorgesehen. Die Wellenabschnitte 46 koppeln die ringförmigen Abschnitte 44, 45 aneinander. Jeder der Wellenabschnitte 46 verläuft durch die entsprechende zweite Kegelrolle 15, die so durch den Käfig 16 gehalten ist, dass sie drehbar ist.
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Der erste Käfig 14 ist am ringförmigen Abschnitt 41 an einem Teil 48 eines Gehäuses des Drehzahlwechslers 10 befestigt. Somit ist der erste Käfig 14 ein feststehendes Element, dem es nicht möglich ist, sich um die Mittellinie C1 zu drehen. Ein Element, das den ersten Käfig 14 fixiert, kann anders als der Teil 48 des Gehäuses oder ein Teil einer Struktur, zusammen mit dem Drehzahlwechsler 10 installiert sein. Folglich dreht der Motor 5 den Außenring 12, um zu ermöglichen, dass die jeweiligen ersten Kegelrollen 13 um die Mittellinie C1 derselben dreht. Jedoch wird jede erste Kegelrolle 13 am Umkreisen gehindert, da die erste Kegelrolle 13 durch den ersten Käfig 14 gehalten ist, der ein feststehendes Element ist. Der erste Käfig 14 fungiert als ein Kraft-(Drehmoment)Übertragungselement, welches bewirkt, dass die Drehbewegung den Innenring drehend antreibt.
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Im Gegensatz dazu kann der zweite Käfig 16 um die Mittellinie C2 in Verbindung mit der Drehung des Innenrings 11 und des Außenrings 12 kreisen. Der zweite Käfig 16 steht mit dem Ausgangsdrehelement 6 auf der Seite des ringförmigen Abschnitts 45 in Verbindung. Wie nachfolgend beschrieben, dient der zweite Käfig 16 als ein Ausgangselement des Drehzahlwechslers 10, um eine Drehung abzugeben, die aus einer Verringerung der Drehzahl eines Eingangs von dem Motor 5 resultiert. Der zweite Käfig 16 fungiert als ein Kraft-(Drehmoment)Übertragungselement.
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Ein erster Drehabschnitt 51 weist den ersten Teilungsring 21 auf, die ersten Kegelrollen 13 und einen Teil des Außenrings 12 in axialer Richtung der ersten Seite. Ein zweiter Drehabschnitt 52 weist den zweiten Teilungsring 22 auf, die zweiten Kegelrollen 15 und einen Teil des Außenrings 12 in axialer Richtung der zweiten Seite. Wie nachfolgend beschrieben, unterscheidet sich der erste Drehabschnitt 51 in den Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52. Die Spezifikationen weisen mindestens eine der folgenden Größen auf: einen Durchmesser, einen der Kegelwinkel und dergleichen der Kegelrollen 13, 15, der Kegelwinkel, der Durchmesser und dergleichen der Außenlaufbahnen 36, 37 und der Kegelwinkel, der Durchmesser und dergleichen der Innenlaufbahnen 31, 33. Ein spezielles Beispiel wird nachfolgend beschrieben.
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Das Wellenelement 17 weist einen Wellenhauptkörper 25, der in der axialen Richtung langgestreckt ist, einen ersten Auswölbungs bzw. gewölbten Abschnitt 26 und einen zweiten Auswölbungs bzw. gewölbten Abschnitt 27 auf. Der erste gewölbte Abschnitt 26 ist in axialer Richtung auf der ersten Seite des Wellenhauptkörpers 25 gebildet und weist einen größeren Durchmesser als das Durchgangsloch 18a auf. Der zweite gewölbte Abschnitt 27 ist in axialer Richtung auf der zweiten Seite des Wellenhauptkörpers 25 gebildet und weist einen größeren Durchmesser als das Durchgangsloch 18b auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zweite gewölbte Abschnitt 27 durch Clinchen bzw. Stauchen (plastische Verformung) eines Endes des Wellenhauptkörpers 25 gebildet, der mit dem ersten gewölbten Abschnitt 26 integral ausgebildet ist und durch die Durchgangslöcher 18a, 18b verläuft. Während des Stauchens wird eine axiale Vorspannung auf den ersten Drehabschnitt 51 und den zweiten Drehabschnitt 52 aufgebracht. Das Wellenelement 17 hält die auf den ersten Drehabschnitt 51 und den zweiten Drehabschnitt 52 aufgebrachte Vorspannung. Eine Fläche 21a des ersten Teilungsrings 21 in axialer Richtung auf der zweiten Seite ist einer Fläche 22a des zweiten Teilungsrings 22 in axialer Richtung auf der ersten Seite zugewandt. Wie oben beschrieben, ist der Drehzahlwechsler 10 wie ein Doppelreihen-Kegelrollenlager der „back-to-back”- bzw. O-Bauart konfiguriert.
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Der Käfig 14 (16) und die Kegelrollen 13 (15) in dem ersten Drehabschnitt 51 (zweiten Drehabschnitt 52) werden beschrieben. 2 ist ein Diagramm des Käfigs 14 und der Kegelrolle 13 in dem ersten Drehabschnitt 51 in axialer Richtung auf der ersten Seite von außen in der radialen Richtung betrachtet. Wie oben beschrieben, weist der Käfig 14 die ringförmigen Abschnitte 41, 42 und die Wellenabschnitte 43 auf, die jeweils die ringförmigen Abschnitte 41, 42 aneinander koppeln. Ein Durchgangsloch 13b, das um die Rollenmittellinie C1 zentriert ist, ist in der Kegelrolle 13 gebildet. Der Wellenabschnitt 43 verläuft durch das Durchgangsloch 13b. Sowohl das Durchgangsloch 13b als auch der Wellenabschnitt 43 haben einen kreisförmigen Querschnitt und zwischen dem Durchgangsloch 13b und dem Wellenabschnitt 43 ist ein Zwischenraum gebildet. In dem Zwischenraum sind eine Vielzahl von Nadelrollen 55 vorgesehen. Eine Drehung der Kegelrolle 13 ermöglicht es den Nadelrollen 55, sich um den Wellenabschnitt 43 zu drehen (rollen). Eine Umfangskonfiguration des Käfigs 16 und der Kegelrolle 15 in dem zweiten Drehabschnitt 52 in axialer Richtung auf der zweiten Seite ist ähnlich der Konfiguration des Käfigs 14 und der Kegelrolle 13 in dem ersten Drehabschnitt 51 und wird nachfolgend nicht beschrieben.
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Wie oben beschrieben, weist der in 1 dargestellte Drehzahlwechsler 10 den ersten Drehabschnitt 51 in axialer Richtung der ersten Seite auf, der die ersten Kegelrollen 13 und die Laufbahnen 31, 36 des Innenrings 11 und des Außenrings 12 aufweist, auf denen die ersten Kegelrollen 13 rollen. Der zweite Drehabschnitt 52 in axialer Richtung auf der zweiten Seite weist die zweiten Kegelrollen 15 und die Laufbahnen 33, 37 des Innenrings 11 auf sowie den Außenring 12, auf dem die zweiten Kegelrollen 15 rollen. Der erste Käfig 14 ist ein feststehendes Element, das an dem Teil 48 des Gehäuses befestigt ist, und dem es nicht möglich ist um eine Mittellinie zu kreisen. Somit ist jede der ersten Kegelrollen 13 um die Mittellinie C1 drehbar, aber diesen ist es nicht möglich um die Mittellinie C0 zu kreisen. Der Außenring 12 dient als ein Eingangselement, dem der Motor 5 ein um die Mittellinie C0 herum ausgeübtes Drehmoment eingibt. Der zweite Käfig 16 dient als ein Ausgangselement, das eine Drehung abgibt, die aus einer Verringerung der Drehzahl des Eingangs resultierend. Der Innenring 11 ist drehbar konfiguriert. Der erste Drehabschnitt 51 unterscheidet sich in den Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die erste Außenlaufbahn 36 im Kegelwinkel von der zweiten Außenlaufbahn 37. Die erste Kegelrolle 13 hat die gleichen Spezifikationen wie die der zweiten Kegelrolle 15. Somit unterscheidet sich auch die erste Innenlaufbahn 31 im Kegelwinkel von der zweiten Innenlaufbahn 33.
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Nachfolgend werden Betriebsweisen des Drehzahlwechslers 10, die wie oben beschrieben konfiguriert sind, beschrieben. Die Drehung des Motors 5 ermöglicht es dem Eingangsdrehelement 7, sich zu drehen, wodurch der Außenring 12 um die Mittellinie C0 dreht. Dann dreht sich jede erste Kegelrolle 13 um die Mittellinie C1 aufgrund einer Reibungskraft, die zwischen der ersten Kegelrolle 13 und dem Außenring 12 ausgeübt wird. Die erste Kegelrolle 13 kreist nicht um die Mittellinie C0 zusammen mit dem ersten Käfig 14, der ein feststehendes Element ist. Die Drehung von jeder ersten Kegelrolle 13 um die Mittellinie C1 ermöglicht es dem ersten Teilungsring 21, sich um die Mittellinie C0 aufgrund einer Reibungskraft zu drehen, die zwischen jeder ersten Kegelrolle 13 und dem ersten Teilungsring 21 (Innenring 11) ausgeübt wird. Der erste Teilungsring 21 und der zweite Teilungsring 22 sind derart aneinander gekoppelt, dass diese integral drehbar sind. Folglich dreht sich der zweite Teilungsring 22 synchron mit dem ersten Teilungsring 21, so dass eine Drehung des Innenrings 11 als Ganzes ermöglicht ist.
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Eine Drehung des Innenrings 11 ermöglicht es den zweiten Kegelrollen 15 um die Mittellinie C0 aufgrund einer Reibungskraft zu kreisen, die zwischen dem Innenring 11 und jeder zweiten Kegelrolle 15 ausgeübt wird, sowie auf der zweiten Innenlaufbahn 33 zu rollen. Zu diesem Zeitpunkt kreisen die zweiten Kegelrollen 15 um die Mittellinie C0, während sich jede dieser um die Mittellinie C2 dreht. Wie oben beschrieben, unterscheidet sich der erste Drehabschnitt 51 in den Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52. Folglich drehen sich die zweiten Kegelrollen 15 während des Umkreisens der Mittellinie C0 entlang der zweiten Innenlaufbahn 33 und der zweiten Außenlaufbahn 37 mit einer Periode, die sich von derjenigen der ersten Kegelrollen 13 unterscheidet. Die Umdrehung der zweiten Kegelrollen 15 um die Mittellinie C0 ermöglicht es dem zweiten Käfig 16, die Mittellinie C0 mit der gleichen Umdrehungsgeschwindigkeit wie die der zweiten Kegelrollen 15 zu umkreisen. Das Ausgangsdrehelement 6 ist an dem zweiten Käfig 16 angebracht und kann somit gedreht werden. Die Drehzahl des Ausgangsdrehelements 6 (zweiter Käfig 16) ist niedriger als die Drehzahl des Eingangsdrehelements 7 (Außenring 12).
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In dem in 1 dargestellten Drehzahlwechsler 10 unterscheidet sich der erste Drehabschnitt 51 in den Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52. Folglich dreht der Außenring 12, der als ein Eingangselement dient, um die Mittellinie C0, um es den zweiten Kegelrollen 15 zu ermöglichen, eine Planetenbewegung auszuüben. Somit wird die Drehzahl verringert, die von dem Außenring 12 eingegeben wird, und die Drehung mit der verringerten Drehzahl, kann an den zweiten Käfig 16 abgegeben werden. Wenn der erste Drehabschnitt 51 und der zweite Drehabschnitt 52 so eingestellt sind, dass diese vorbestimmte unterschiedliche Spezifikationen aufweisen, wird die Drehzahl des zweiten Käfigs 16 variiert, um zu ermöglichen, dass ein Drehzahl-Untersetzungsverhältnis unterschiedlich eingestellt wird. Außerdem kann das Drehzahl-Untersetzungsverhältnis durch geringfügiges Variieren der Spezifikationen variiert werden, ohne dass der Außendurchmesser des Außenrings 12 geändert werden muss, mit anderen Worten, ohne dass die Größe des Drehzahlwechsler 10 geändert werden muss. Somit kann das Drehzahl-Untersetzungsverhältnis einfach variiert werden. Wenn alle Spezifikationen des ersten Drehabschnitts 51 gleich den Spezifikationen des zweiten Drehabschnitts 52 sind, dreht sich der zweite Käfig 16 ebenso wie der erste Käfig 14 nicht und gibt somit keine Drehung ab.
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Nachfolgend wird ein spezielles Beispiel beschrieben. Beispielsweise kann das Drehzahl-Untersetzungsverhältnis basierend auf einem oder beiden der Kegelwinkel der Außenlaufbahnen 36, 37 des Außenrings 12 und einem oder beiden der Kegelwinkel der Kegelrollen 13, 15 eingestellt werden. Ein Drehzahl-Untersetzungsverhältnis von ”103” kann erreicht werden, wenn die Außenlaufbahn 36 des ersten Drehabschnitts 51 einen Kegelwinkel von 14° aufweist, jede erste Kegelrolle 13 einen Kegelwinkel von 6° aufweist, die Außenlaufbahn 37 des zweiten Drehabschnitts 52 einen Kegelwinkel von 14,5° aufweist und jede zweite Kegelrolle 15 einen Kegelwinkel von 6° aufweist. Ein Drehzahl-Untersetzungsverhältnis von ”17” kann erreicht werden, wenn der Kegelwinkel der Außenlaufbahn 37 des zweiten Drehabschnitts 52 auf 18° mit den unveränderten Spezifikationen (14°, 6°) des ersten Drehabschnitts 51 (die zweite Kegelrolle 15 weist einen Kegelwinkel von 6° auf) geändert wird. Wie oben beschrieben, ermöglicht die Konfiguration in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, dass das Drehzahl-Untersetzungsverhältnis durch geringfügiges Variieren der Spezifikationen signifikant variiert werden kann.
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Eine Drehmomentübertragung in dem in 1 dargestellten Drehzahlwechsler 10 wird durch Gleichung (1) bestimmt. Drehmomentübertragung: T = μ × F × D (1)
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In der Gleichung wird ein Traktionskoeffizient mit μ und der durchschnittliche Durchmesser der Innenringlaufbahnen (31, 33) mit D bezeichnet. Eine auf die Laufbahnen (31, 33) aufgebrachte Last ist mit F bezeichnet und F = Fa/sinβ ist erfüllt. Ein Innenring-Kontaktwinkel ist mit β bezeichnet. Eine axiale Vorspannung ist mit Fa bezeichnet. In dem Drehzahlwechsler 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beträgt die Drehmomentübertragung 154,5 [Nm], wenn μ = 0,2, D = 0,1 [m], Fa = 4 [kN] und β = 15 [°] ist, was ein ausreichender Wert ist.
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In dem in 1 dargestellten Drehzahlwechsler 10 sind die Rollenelemente in dem ersten Drehabschnitt 51 und dem zweiten Drehabschnitt 52 jeweils die Kegelrollen (13, 15). Der Innenring 11 weist den ersten Teilungsring 21 und den zweiten Teilungsring 22 auf, in denen der Innenring 11 axial unterteilt ist. Der erste Teilungsring 21 und der zweite Teilungsring 22 sind mit einer axialen Vorspannung zusammengeklemmt, die auf den ersten Teilungsring 21 und den zweiten Teilungsring 22 über das Wellenelement (Klemmelement) 17 aufgebracht wird. Wie oben beschrieben, kann im Drehzahlwechsler 10 eine starre Konfiguration vorgesehen werden, indem die Kegelrollen (13, 15) als Rollenelemente verwendet werden und eine axiale Vorspannung auf den ersten Teilungsring 21 und den zweiten Teilungsring 22 aufgebracht wird.
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Darüber hinaus ist die Struktur, die erreicht, dass das Klemmen mit einer Vorspannung wie oben beschrieben aufgebracht wird, das Wellenelement 17, das als Klammer über dem ersten Teilungsring 21 und dem zweiten Teilungsring 22 vorgesehen ist. Dies vereinfacht die Konfiguration, die den ersten Teilungsring 21 mit dem zweiten Teilungsring 22 mit einer axialen Vorspannung integriert, die auf den ersten Teilungsring 21 und den zweiten Teilungsring 22 aufgebracht wird. Ein solches Klemmelement (Wellenelement 17) ermöglicht eine Verringerung der Größe der Konfiguration, die eine Vorspannung aufbringt, wodurch es dem Drehzahlwechsler 10 ermöglicht wird, als Ganzes miniaturisiert zu werden.
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Um das Drehmoment auf das Ausgangselement (zweiter Käfig 16), wie oben für Betriebe des Drehzahlwechslers 10 beschrieben, zu übertragen, drehen sich die von dem ersten und zweiten Käfig 14 und 16 gehaltenen Kegelrollen 13, 15 und kommen zu diesem Zeitpunkt in Berührung mit Teilen (Wellenabschnitte 43, 46) der Käfige 14, 16. Somit ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Durchgangsloch 13b, das um die Rollenmittellinie C1 zentriert ist, in jeder Kegelrolle 13 (15) gebildet, wie in 2 dargestellt. Der Käfig 14 (16) weist die Wellenabschnitte 43 auf, die jeweils durch das Durchgangsloch 13b verlaufen. Die Nadelrollen 55 sind zwischen jedem Durchgangsloch 13b und dem entsprechenden Wellenabschnitt 43 eingefügt. In dieser Konfiguration wird jede von dem Käfig 14 (16) gehaltene Kegelrolle 13 (15) durch den entsprechenden Wellenabschnitt 43 des Käfigs 14 (16) über die Nadelrollen 55 getragen. Somit drehen sich die Kegelrollen 13 (15) sanft, um eine Verringerung eines Drehverlustes zu ermöglichen.
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3 ist eine Schnittansicht des Drehzahlwechslers 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die gleichen Komponenten in 1 und 3 sind nach Möglichkeit mit denselben Bezugszeichen versehen und doppelte Beschreibungen werden weggelassen. In 3 dient der Innenring 11 als ein Eingangselement, dem das um die Mittellinie C0 ausgeübte Drehmoment eingegeben wird. Insbesondere ist das Wellenelement 17, das den ersten Teilungsring 21 mit dem zweiten Teilungsring 22 integriert, an eine Ausgangswelle des Motors gekoppelt. Der Außenring 12 ist ein einzelnes zylindrisches Element, das drehbar konfiguriert ist.
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Genauer gesagt ist der erste Käfig 14 ein feststehendes Element, dem es nicht möglich ist, sich um die Mittellinie C0 zu drehen. Diese Konfiguration ist die gleiche wie die entsprechende Konfiguration in dem Ausführungsbeispiel, das in der 1 dargestellt ist. In dem in 3 dargestellten Drehzahlwechsler 10 dient der Innenring 11 als ein Eingangselement, dem das Drehmoment eingegeben wird. Der zweite Käfig 16 dient als ein Ausgangselement, das eine Drehung abgibt, die aus einer Verringerung der Drehzahl des Eingangs resultiert Der erste Drehabschnitt 51 unterscheidet sich in den Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Innenring 11 auch den ersten Teilungsring 21 und den zweiten Teilungsring 22 auf. Der erste Teilungsring 21 und der zweite Teilungsring 22 sind mit einer axialen Vorspannung zusammengeklemmt, die auf den ersten Teilungsring 21 und den zweiten Teilungsring 22 unter Verwendung das Wellenelements (Klemmelement) 17 aufgebracht wird. In jedem der in 3 und 1 dargestellten Ausführungsbeispiele kann der geklammerte Abschnitt (27) von dem Wellenelement 17 weggelassen werden und stattdessen können Bolzenschrauben und Mutter für das Wellenelement 17 verwendet werden. Mit anderen Worten können der erste Teilungsring 21 und der zweite Teilungsring 22 mit einer Vorspannung zusammengeklemmt werden, die auf den ersten Teilungsring 21 und den zweiten Teilungsring 22 durch Befestigen von Bolzenschrauben und Mutter aufgebracht wird.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Kegelrolle 13 (15) auch durch den entsprechenden Wellenabschnitt 43 (46) des Käfigs 14 (16) mittels den Nadelrollen 55 gestützt, wie dies bei der in Bezug auf die 2 beschriebenen Konfiguration der Fall ist.
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Verglichen mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eliminiert das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel die Notwendigkeit, das Eingangsdrehelement 7 (siehe 1) außerhalb des Außenrings 12 in der radialen Richtung vorzusehen, was eine Verringerung des Außendurchmessers (Höhenmaß) des Drehzahlwechslers 10 ermöglicht.
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In der Beschreibung des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels fungiert der Drehzahlwechsler 10 als ein Untersetzungsgetriebe, das den Innenring 11 als ein Eingangselement und den zweiten Käfig 16 als ein Ausgangselement aufweist. Der in 3 dargestellte Drehzahlwechsler 10 kann als Beschleunigungsgetriebe ohne die Notwendigkeit einer Konfigurationsänderung verwendet werden. Mit anderen Worten kann der zweite Käfig 16 als ein Eingangselement verwendet werden und der Innenring 11 als ein Ausgangselement verwendet werden.
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In dem Drehzahlwechsler 10, der als Beschleunigungsgetriebe verwendet wird, ist in 3 der erste Käfig 14 ein feststehendes Element, dem es nicht möglich ist, sich um die Mittellinie C0 zu drehen. Der zweite Käfig 16 dient als ein Eingangselement, dem das um die Mittellinie C0 ausgeübte Drehmoment durch einen Motor oder dergleichen eingegeben wird. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Innenring 11 als ein Ausgangselement, das eine Drehung abgibt, die aus einer Erhöhung der Drehzahl des Eingangs resultiert. Der erste Drehabschnitt 51 unterscheidet sich in den Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52.
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Der in 1 dargestellte Drehzahlwechsler 10 kann auch als Beschleunigungsgetriebe verwendet werden, das den zweiten Käfig 16 als ein Eingangselement und den Außenring 12 als ein Ausgangselement aufweist. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Außenring 12 als ein Ausgangselement, das eine Drehung mit einer erhöhten Drehzahl dieser abgibt.
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Somit unterscheidet sich bei dem in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Drehzahlwechsler 10 der erste Drehabschnitt 51 in den Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52. Folglich ermöglicht die Drehung des als ein Eingangselement dienender zweiten Käfigs 16 um die Mittellinie C0, dass die zweiten Kegelrollen 15 eine Planetenbewegung ausführen. Die Drehzahl, die von dem zweiten Käfig 16 eingegeben wird, kann erhöht werden und die resultierende Drehung kann an das Ausgangselement (Innenring 11 oder Außenring 12) abgegeben werden. Darüber hinaus haben der erste Drehabschnitt 51 und der zweite Drehabschnitt 52 vorbestimmte unterschiedliche Spezifikationen. Dies ermöglicht, dass die Drehzahl des zweiten Käfigs 16 variiert wird, um zu ermöglichen, dass ein Drehzahlübersetzungsverhältnis unterschiedlich eingestellt werden kann. Außerdem kann das Drehzahlübersetzungsverhältnis durch geringfügiges Variieren der Spezifikationen variiert werden, ohne die Notwendigkeit einer Änderung des Außendurchmessers des Außenrings 12 (mit anderen Worten ohne die Notwendigkeit, die Größe des Drehzahlwechslers 10 zu ändern). Somit kann das Drehzahlübersetzungsverhältnis einfach variiert werden.
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4 ist eine Schnittansicht des Drehzahlwechslers 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Innenring 11 in den ersten Teilungsring 21 und den zweiten Teilungsring 22 unterteilt. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch der Außenring 12 axial unterteilt. Mit anderen Worten weist der Außenring 12 einen ersten Teilungsring 61 und einen zweiten Teilungsring 62 auf, in den der Außenring 12 axial unterteilt ist. Der erste Teilungsring 61 weist die erste Außenlaufbahn 36 an seinem inneren Umfang auf und der zweite Teilungsring 62 weist die zweite Außenlaufbahn 37 an seinem inneren Umfang auf.
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Ein Rohrelement 60 ist außerhalb des ersten Teilungsrings 61 und des zweiten Teilungsrings 62 in der radialen Richtung vorgesehen. Das Rohrelement 60 ist über dem ersten Teilungsring 61 und dem zweiten Teilungsring 62 vorgesehen, um als ein Klemmelement zu dienen, das den ersten Teilungsring 61 mit dem zweiten Teilungsring 62 integriert. Insbesondere weist das Rohrelement 60 einen Rohrhauptkörperabschnitt 60a und einen Kreisringabschnitt 60d auf. Der Rohrhauptkörperabschnitt 60a weist einen zylindrischen ersten Abschnitt 60b und einen kreisringartigen zweiten Abschnitt 60c auf. Der erste Abschnitt 60b ist äußerlich über dem ersten Teilungsring 61 und dem zweiten Teilungsring 62 eingepasst. Der zweite Abschnitt 60c ist mit dem ersten Abschnitt 60b integriert und befindet sich in axialer Richtung auf der zweiten Seite des zweiten Teilungsrings 62, so dass dieser den zweiten Teilungsring 62 berührt. Ein Kreisringabschnitt 60d ist wie ein kreisförmiger Ring geformt und befindet sich in axialer Richtung auf der ersten Seite des ersten Teilungsrings 61, so dass er mit dem ersten Teilungsring 61 in Kontakt steht. Der Rohrhauptkörperabschnitt 60a und der Kreisringabschnitt 60d können beispielsweise über eine Bolzenschraube 60e miteinander verbunden werden und können durch Entfernen der Bolzenschraube 60e voneinander getrennt werden. Somit wird das Rohrelement 60, dass den Rohrhauptkörperabschnitt 60a und den Kreisringabschnitt 60d aufweist, und die Bolzenschraube 60e als Klemmelemente verwendet. Die Bolzenschraube 60e wird festgezogen. Folglich ermöglichen die Klemmelemente, dass der erste Teilungsring 61 und der zweite Teilungsring 62 zusammen mit einer axialen Vorspannung, die auf den ersten Teilungsring 61 und den zweiten Teilungsring 62 aufgebracht ist, zusammen geklemmt sind. Somit ist für den Außenring 12 eine starre Konfiguration vorgesehen. Der Außenring 12 ist in die beiden synchron drehenden Teilungsringe 61, 62 unterteilt.
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Der in der 4 dargestellte Drehzahlwechsler 10 kann als Untersetzungsgetriebe fungieren, wie dies bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Für Komponenten des Untersetzungsgetriebes weist der in 4 dargestellte Drehzahlwechsler 10 den Innenring 11 auf, den Außenring 12, die ersten Kegelrollen 13, den ringförmigen ersten Käfig 14, die zweiten Kegelrollen 15 und den ringförmigen zweiten Käfig 16. Die ersten Kegelrollen 13 sind in axialer Richtung auf der ersten Seite des Ringraumes K zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 vorgesehen. Der erste Käfig 14 hält die ersten Kegelrollen 13. Die zweiten Kegelrollen 15 sind in axialer Richtung auf der zweiten Seite des Ringraumes K vorgesehen. Der zweite Käfig 16 hält die zweiten Kegelrollen 15. Der erste Käfig 14 ist an dem Teil 48 des Gehäuses befestigt und dient als feststehendes Element, dem es nicht möglich ist um die Mittellinie C0 des Ringraumes K zu kreisen. Der Außenring 12 (oder der Innenring 11) dient als ein Eingangselement, dem das um die Mittellinie C0 ausgeübte Drehmoment eingegeben wird. Der zweite Käfig 16 dient als ein Ausgangselement, das eine Drehung abgibt, die aus einer Verringerung der Drehzahl des Eingangs resultiert. Wenn der Außenring 12 als ein Eingangselement dient, ist der Innenring 11 drehbar. Wenn der Innenring 11 als ein Eingangselement dient, ist der Außenring 12 drehbar.
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Der erste Drehabschnitt 51 unterscheidet sich in den Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die erste Außenlaufbahn 36 im Kegelwinkel von der zweiten Außenlaufbahn 37. Betriebe des Drehzahlwechslers 10, die wie oben beschrieben konfiguriert sind, sind ähnlich den Betrieben des Drehzahlwechslers 10, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurden, und werden nachfolgend nicht beschrieben.
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In der obigen Beschreibung fungiert der in 4 dargestellte Drehzahlwechsler 10 als Untersetzungsgetriebe, das den Außenring 12 (oder den Innenring 11) als ein Eingangselement und den zweiten Käfig 16 als ein Ausgangselement aufweist. Der in 4 dargestellte Drehzahlwechsler 10 kann als Beschleunigungsgetriebe ohne die Notwendigkeit einer Konfigurationsänderung verwendet werden. Mit anderen Worten kann der zweite Käfig 16 als ein Eingangselement verwendet werden und der Außenring 12 (oder der Innenring 11) kann als ein Ausgangselement verwendet werden.
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In 1 und 3 ist der Drehzahlwechsler 10 wie ein Doppelreihen-Kegelrollenlager der O-Bauart konfiguriert. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann der Drehzahlwechsler 10, wie in den 1 und 3, wie ein Doppelreihen-Kegelrollenlager der „front-to-front” bzw. X-Bauart konfiguriert sein. Der in 4 dargestellte Drehzahlwechsler 10 ist wie ein Doppelreihen-Kegelrollenlager der X-Bauart konfiguriert. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann der Drehzahlwechsler 10, wie in 4, wie ein Doppelreihen-Kegelrollenlager der O-Bauart konfiguriert sein.
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In dem Drehzahlwechsler 10 in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele unterscheidet sich der erste Drehabschnitt 51 in Spezifikationen von dem zweiten Drehabschnitt 52. Zu den Spezifikationen gehören die Neigungswinkel der Laufbahnen (Außenlaufbahnen 36, 37, Innenlaufbahnen 31, 33) und die Kegelwinkel der Kegelrollen 13, 15. Variieren von mindestens einer der Spezifikationen ermöglicht es, dass das gewünschte Drehzahländerungsverhältnis erreicht werden kann.
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In dem Drehzahlwechsler 10 in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind der Innenring 11, der Außenring 12, die Kegelrollen 13, 15 und die Käfige 14, 16 aus Lagerstahl, Kohlenstoffstahl oder dergleichen gebildet. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Käfige 14, 16 in der in 2 dargestellten Form. Jedoch kann die Form der Käfige 14, 16 anders als die in 2 dargestellte Form sein. Beispielsweise kann der Käfig anstelle der Wellenabschnitte 43 Käfigstäbe aufweisen, die jeweils zwischen den benachbarten Kegelrollen 13, 13 vorgesehen sind (anstatt durch die Kegelrollen 13 zu verlaufen). In diesem Fall entspricht ein zwischen den ringförmigen Abschnitten 41, 42 und zwischen den benachbarten Käfigstäben gebildeter Raum einer Tasche, in der jede Kegelrolle 13 gehalten ist. In diesem Fall ist der Käfig 14 und jede Kegelrolle 13 in gleitendem Kontakt miteinander. Der Käfig 14 weist die Wellenabschnitte 43 auf (siehe 2). Jedoch können die Nadelrollen 55 weggelassen werden.
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Wie oben beschrieben basiert der Drehzahlwechsler 10 in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele auf dem technischen Konzept, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 und jeder Kegelrolle 15 entsprechend den Unterschieden in den internen Spezifikationen zwischen dem ersten Drehabschnitt 51 und dem zweiten Drehabschnitt 52 variiert werden kann. Damit kann ermöglicht werden, dass ein hohes Drehzahländerungsverhältnis erreicht werden kann. In dem Drehzahlwechsler 10 in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele liegt im Wesentlichen kein Gleitabschnitt im Kraftübertragungsweg vor. Somit ist der Drehzahlwechsler 10 eine Vorrichtung, die eine hervorragende Kraftübertragungseffizienz aufweist.
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Die oben offenbarten Ausführungsbeispiele sind in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend. Mit anderen Worten ist der Drehzahlwechsler in der Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann in anderen Ausführungsbeispielen innerhalb des Umfangs der Erfindung sein. Zum Beispiel sind in der Beschreibung die Rollenelemente zwischen dem Innenring 11 und dem Außenring 12 Kegelrollen. Jedoch können die Rollenelemente zylindrische Rollen sein.
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Der Drehzahlwechsler in der Erfindung ermöglicht es, das Drehzahländerungsverhältnis unterschiedlich einzustellen und einfach zu variieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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