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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Freilaufeinrichtung für einen Starter für eine Brennkraftmaschine sowie einen Starter für eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Freilaufeinrichtung.
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Stand der Technik
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Ein Freilauf bzw. eine Freilaufeinrichtung, auch als Überholkupplung bezeichnet, kann in Startern für Brennkraftmaschinen verwendet werden. Damit ist es möglich, mittels eines Elektromotors des Starters eine Welle mit Starterritzel, welches in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine beispielsweise mittels einer Ausrückeinrichtung eingespurt werden kann, anzutreiben. Sobald jedoch die Brennkraftmaschine selbst in Betrieb ist, kann die Welle bei noch eingespurtem Starterritzel durch den Freilauf problemlos eine höhere Drehzahl als der Elektromotor (ggf. unter Berücksichtigung einer etwaigen Übersetzung) erreichen bzw. der Elektromotor wird nicht unnötigerweise auf eine zu hohe Drehzahl beschleunigt.
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Bei solchen Freilaufeinrichtungen können nun beispielsweise Klemmrollen vorgesehen sein, die mittels geeigneter Schraubenfedern jeweils in einen zugehörigen Keilspalt gedrückt werden, sodass durch eine Verklemmung dieser Klemmrollen eine Drehmomentübertragung zwischen einem Außenring und einem Innenring der Freilaufeinrichtung hergestellt werden kann, solange der nicht durch den Starter angetriebene Ring (entweder der Innenring oder Außenring) nicht schneller dreht als der angetriebene Ring. Es liegt dann eine sog. Selbsthemmung vor. Sobald der nicht durch den Starter angetriebene Ring den anderen, durch den Starter angetriebenen Ring in seiner Drehzahl überholt, lösen sich die Klemmrollen gegen die Federkraft der Schraubenfedern.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden eine Freilaufeinrichtung für einen Starter und ein Starter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung geht aus von einer Freilaufeinrichtung für einen Starter für eine Brennkraftmaschine, die einen Innenring, einen Außenring und wenigstens eine zwischen dem Innenring und dem Außenring in einem Keilspalt vorgesehene Klemmrolle aufweist. Für die Klemmrolle ist dabei eine Schraubenfeder vorgesehen, die an dem Außenring oder dem Innenring abgestützt ist und mittels welcher eine Kraft auf die Klemmrolle in Richtung des sich verjüngenden Endes des Keilspalts ausübbar ist. Typisch ist eine Abstützung an dem Außenring, möglich ist aber - bei entsprechendem Aufbau - auch eine Abstützung an dem Innenring. Unter einer Schraubenfeder ist dabei insbesondere eine Feder mit gewundenem Federdraht zu verstehen. Insbesondere kann es sich dabei um eine Druckfeder handeln. Der Innenring wird oftmals auch als Rollenbund bezeichnet, der Außenring als Mitnehmer.
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Zudem können die Klemmrolle und die Schraubenfeder in axialer Richtung in Bezug auf den Innenring und den Außenring vorzugsweise zwischen zwei Begrenzungselementen, oftmals auch als Mitnehmerboden (dann insbesondere auch einteilig mit dem Außenring ausgebildet) und Haltescheibe bezeichnet, eingebracht sein, wobei die Klemmrolle zwischen den zwei Begrenzungselementen ein Spiel in axialer Richtung in Bezug auf den Innenring und den Außenring aufweisen kann. Durch ein solches Spiel ist gewährleistet, dass die Klemmrolle störungsfrei in der Führungseinrichtung geführt werden kann und eine ordnungsgemäße Selbsthemmung, wie sie eingangs beschrieben wurde, möglich ist.
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Es versteht sich, dass eine solche Freilaufeinrichtung auch mehrere solcher Klemmrollen, dann mit jeweils zugehöriger Schraubenfeder und zugehörigem Keilspalt, aufweisen kann und typischerweise auch aufweist. Diese mehreren Klemmrollen können dann vorzugsweise auch gleichmäßig über einen Umfang des Innenrings bzw. Außenrings verteilt sein, um eine gleichmäßige Hemmung zu erreichen.
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Bei einer solchen Freilaufeinrichtung ist es wünschenswert, die Schraubenfeder derart anzuordnen, dass sie sich möglichst an keiner Stelle in der Freilaufeinrichtung, beispielsweise zwischen der Klemmrolle und dem Innen- oder Außenring, oder auch zwischen der Klemmrolle und einem der Begrenzungselemente, einklemmen kann. Hierzu können separate Federhalter vorgesehen sein, die eine feste Position innerhalb der Freilaufeinrichtung haben und an denen die Schraubenfeder befestigt oder aufgesteckt wird. Hierbei kann dann eine einfache Schraubenfeder verwendet werden, zusätzlich ist aber mit dem Federhalter ein zusätzliches Element nötig. Dies kann zu Schwierigkeiten und erhöhter Fehleranfälligkeit bei der Herstellung führen.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass in dem die Schraubenfeder abstützenden Ring, d.h. dem Außenring oder dem Innenring, wenigstens eine Ausnehmung, insbesondere in Form einer Nut, ausgebildet ist, in die eine Windung der Schraubenfeder zumindest teilweise eingebracht ist, wobei die Windung der Schraubenfeder und die wenigstens eine Ausnehmung derart ausgebildet sind, dass die Windung der Schraubenfeder (die in die Ausnehmung zumindest teilweise eingebracht ist) bezüglich zumindest einer räumlichen Achse fixiert ist. Darunter, dass die Windung bezüglich einer räumlichen Achse fixiert ist, ist dabei zu verstehen, dass diese Windung in zwei entgegengesetzte Richtungen entlang der Achse fixiert bzw. nicht beweglich ist. Bei dieser Windung handelt es sich insbesondere um eine der Klemmrolle abgewandte Endwindung der Schraubenfeder, also um eine an dem Innenring bzw. Außenring anliegende Endwindung.
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Als diese wenigstens eine Achse kommen insbesondere in einer Erstreckungsebene der Windung eine durch eine axiale Richtung in Bezug auf den Innenring und den Außenring (bzw. den die Feder abstützenden Ring) definierte Achse und/oder eine dazu senkrechte Achse in der Erstreckungsebene der Windung und/oder eine zu der Erstreckungsebene senkrechte Achse (welche dann im Grunde derjenigen Achse entspricht, in welcher die Federkraft der Schraubenfeder im Wesentlichen ausgeübt wird) in Betracht. Wenngleich mit nur einer dieser Achsen schon eine gewisse Fixierung und Verbesserung erreicht werden kann, wird mit zwei oder allen drei dieser Achsen eine noch bessere Fixierung erreicht. Zusätzlich zu der Ausnehmung im Ring können auch eines oder beide der erwähnten Begrenzungselemente, an denen die betreffende Windung der Schraubenfeder anliegt, zur Fixierung der Windung verwendet werden, womit insbesondere eine Fixierung bezüglich der durch die axiale Richtung in Bezug auf den die Feder abstützenden Ring definierten Achse erreicht wird.
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Im Gegensatz zu einem separaten Element wie dem vorstehend erwähnten Federhalter ist nun kein zusätzliches Element mehr nötig, während die Schraubenfeder aber dennoch sicher in Position gehalten werden und ein etwaiges Verklemmen vermieden werden kann. Vielmehr werden die Schraubenfeder bzw. eine bestimmte Windung davon und die wenigstens eine Ausnehmung bzw. Nut derart ausgebildet bzw. geformt und insbesondere auch aufeinander abgestimmt, dass alleine durch das Anordnen der betreffenden Windung der Schraubenfeder in der wenigstens einen Ausnehmung bzw. Nut eine Fixierung erreicht wird. Diese Windung der Schraubenfeder ist dabei insbesondere mittels Formschluss und/oder Kraftschluss fixiert.
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Je nach gewünschter Ausführung kann es dabei ausreichend sein, den die Schraubenfeder abstützenden Ring gegenüber einer herkömmlichen Freilaufeinrichtung zu verändern und die betreffende Windung der Schraubenfeder beizubehalten bzw. nicht abzuändern.
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Besonders zweckmäßig ist es aber, wenn die betreffende Windung der Schraubenfeder zusätzlich zu der Ausnehmung entsprechend gestaltet bzw. ausgebildet wird, zumal dann eine optimale Abstimmung aufeinander möglich ist.
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Bevorzugt ist insofern auch, wenn eine maximale Abmessung der an dem wenigstens einen Haltebereich anliegenden Windung der Schraubenfeder in der Erstreckungsebene in der axialen Richtung und/oder in der dazu senkrechten Richtung größer ist, als eine entsprechende maximale Abmessung wenigstens einer anderen Windung, insbesondere als aller anderen Windungen, der Schraubenfeder. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn diese Windung derart ausgebildet ist, dass sie an entsprechenden Begrenzungen des Rings anliegt, sodass besonders einfach ein Form- bzw. Kraftschluss hergestellt werden kann.
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Vorteilhafterweise verläuft die wenigstens eine Ausnehmung entlang einer durch eine axiale Richtung in Bezug auf den Innenring und den Außenring definierten Achse und/oder an einer radial äußeren und/oder einer radial inneren Seite eines Federaufnahmeraums im Ring. Unter einem Federaufnahmeraum ist dabei insbesondere ein Raum innerhalb der Freilaufeinrichtung in dem die Feder stützenden Ring zu verstehen, innerhalb dessen die Schraubenfeder vorgesehen ist.
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Bevorzugt ist außerdem, wenn für die Klemmrolle eine weitere Schraubenfeder vorgesehen ist, die an dem Ring abgestützt ist und mittels welcher eine zusätzliche Kraft auf die Klemmrolle in Richtung des sich verjüngenden Endes des Keilspalts ausübbar ist, wobei die Schraubenfeder und die weitere Schraubenfeder aus einem Drahtstück gefertigt sind.
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Während bei herkömmlichen Freilaufeinrichtungen, wenn aufgrund der Länge der Klemmrolle zwei separate (und an sich gleichartige) Schraubenfedern verwendet werden, diese dann mit einem gemeinsamen Federhalter in Position gehalten werden können, wird mit den aus einem Drahtstück gefertigten zwei Schraubenfedern erreicht, dass beide gleichzeitig fixiert und in Position gehalten werden können, zumal die wenigstens eine Ausnehmung und insbesondere auch die betreffende Windung ja entsprechend ausgebildet sind. Besonders zweckmäßig ist es dann auch, wenn die der Klemmrolle abgewandte Endwindung der (ersten) Schraubenfeder zugleich als die der Klemmrolle abgewandte Endwindung der weiteren Schraubenfeder ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann also zunächst mit beispielsweise einem mittleren Abschnitt des Drahtstücks eine große, gemeinsame Endwindung gebildet sein, von welcher aus sich dann die zwei Schraubfedern weiter erstrecken. Vorzugsweise sind die beiden Schraubenfedern in axialer Richtung bezogen auf den die Schraubenfedern abstützenden Ring hintereinander angeordnet. Hierzu sei auch auf die Figuren und die zugehörige Beschreibung verwiesen.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Starter für eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung. Besonders bevorzugt weist der Starter dabei einen Elektromotor, mittels dessen der Außenring der Freilaufeinrichtung antreibbar ist, und ein Starterritzel, das mit dem Innenring verbunden oder gekoppelt ist, auf. Insbesondere kann das Starterritzel dabei auch integral mit dem Innenring verbunden bzw. ausgebildet sein.
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Hinsichtlich der Vorteile sowie bevorzugten Ausgestaltungen des Starters sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zur Freilaufeinrichtung verwiesen, die hier entsprechend gelten.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Starter in einer bevorzugten Ausführungsform.
- 2 zeigt schematisch einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
- 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 2.
- 4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
- 5 zeigt eine Schraubenfeder für eine erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform in verschiedenen Ansichten.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Starter 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Der Starter dient zum Antreiben bzw. Anlassen oder Andrehen einer Brennkraftmaschine 300.
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Der Starter 100 weist einen Elektromotor 130 auf, an dessen Welle 135 eine Antriebswelle 115 über ein nicht detaillierter dargestelltes Planetengetriebe 140 drehmomentübertragend gekoppelt ist. An die Antriebswelle 115 ist eine erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung 200 in einer bevorzugten Ausführungsform drehmomentübertragend gekoppelt. Insbesondere ist ein Außenring 220 der Freilaufeinrichtung 200, auch als Mitnehmer bezeichnet, mit der Antriebswelle 115 gekoppelt, beispielsweise über ein hier nicht dargestelltes Steilgewinde.
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Die Freilaufeinrichtung 200, insbesondere ein Innenring 210 der Freilaufeinrichtung 200, auch als Rollenbund bezeichnet, wiederum weist an einem dem Elektromotor abgewandten Ende eine Außenverzahnung in Form eines Starterritzels 110 auf. Zwischen dem Innenring 210 und dem Außenring 220 der Freilaufeinrichtung 200 sind Klemmrollen 230 angeordnet, die in Bezug auf die noch folgenden Figuren noch näher erläutert werden.
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Dabei sind axiale Begrenzungselemente 215 und 225 für die Klemmrollen 230 vorgesehen. Während das Begrenzungselement 215 als Haltescheibe oder generell als Scheibe ausgebildet sein kann, die auf dem Außenring 220 montiert ist, wird das Begrenzungselement 225 hier durch den Außenring 220 selbst, insbesondere einen Abschnitt davon, gebildet.
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Mittels eines Relais bzw. Magnetschalters 120 und eines nur schematisch angedeuteten Gestänges 125 kann die Freilaufeinrichtung 200 auf der Antriebswelle 115 weg vom Elektromotor 130 (und damit in der Figur nach links) verschoben werden. Auf diese Weise kann das Starterritzel 110 mit einem Zahnkranz 310 der Brennkraftmaschine 300 in Eingriff gebracht werden, um die Brennkraftmaschine 300 anzudrehen.
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In 2 ist schematisch ein Querschnitt einer erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung 200 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Diese Querschnittsansicht ist dabei senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 115.
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Im gezeigten Beispiel sind zwischen dem Innenring 210 und dem Außenring 220 sieben Klemmrollen 230 vorgesehen, die insbesondere in gleichmäßigem Abstand in umfänglicher Richtung zueinander angeordnet sind. Es versteht sich, dass auch eine andere Anzahl an Klemmrollen vorgesehen sein kann.
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Jede dieser Klemmrollen 230 ist in einem zugehörigen Keilspalt 222 eingebracht, welcher durch eine besondere Kontur der Innenseite des Außenrings und der Außenseite des Innenrings gebildet wird. Zudem ist für jede der Klemmrollen 230 eine zugehörige Schraubenfeder 240 in einem Federaufnahmeraum 223 vorgesehen, die einerseits jeweils an der Klemmrolle 230 und anderseits jeweils an einer bzw. einem entsprechend in dem Außenring 220 ausgebildeten Rückwand des Federaufnahmeraums 223 bzw. Abstützbereich 221, an dem sie abgestützt ist, anliegt. Mittels der Schraubenfedern 240 wird somit auf die Klemmrollen 230 jeweils eine Kraft in Richtung des sich verjüngenden Endes des Keilspalts 222 ausgeübt.
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Dies führt dazu, dass dann, wenn der Außenring 220 in der mittels des nicht näher bezeichneten Pfeils angedeuteten Richtung (in der Figur im Uhrzeigersinn) gedreht und angetrieben wird, der Innenring 210 ebenfalls mitgedreht wird, da sich die Klemmrollen 230 zwischen Innenring 210 und Außenring 220 verklemmen.
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Sobald jedoch der Innenring 210 beispielsweise durch die sich drehende Brennkraftmaschine, über welche er mit dem Starterritzel 110 und dem Zahnkranz 310 gekoppelt ist, eine höhere Drehzahl erreicht als der durch den Elektromotor 130 angetriebene Außenring 220, so löst sich die Verklemmung der Klemmrollen 230, welche dabei gegen die Schraubenfedern 240 gedrückt werden.
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In 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus 2 dargestellt, in dem eine Schraubenfeder 240 und der Abstützbereich221 detaillierter zusehen sind. Hierbei ist zu sehen, dass die der Klemmrolle 230 abgewandte Endwindung 241 der Schraubenfeder 240 an dem Abstützbereich 221 abgestützt ist und in Ausnehmungen bzw. Nuten 251, 252 in dem Federaufnahmeraum 223 eingebracht sind. Diese Ausnehmungen bzw. Nuten 251, 252 verlaufen in axialer Richtung (definiert durch die Achse von Innenring und Außenring) und an einer radial (in Bezug auf die Richtung bzw. Achse R) äußeren und inneren Seite des Federraums 223 bzw. entlang einer Kante zwischen einerseits „Decke“ und Abstützbereich 221 und andererseits „Boden“ und Abstützbereich 221.
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In 4 ist schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform, nämlich der Außenring bzw. Mitnehmer 220 mit dem einteilig damit ausgebildeten Begrenzungselement 225, zu sehen.
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Dort ist insbesondere auch ein durch das Begrenzungselement 225 und damit durch einen Teil des Außenrings 220 gebildeter Haltebereich 253 zu sehen, an dem die Windung 241 der Schraubenfeder, wie sie beispielsweise in 3 gezeigt ist, mit einem Teilstück anliegt, wenn die Schraubenfeder entsprechend eingebracht wird bzw. ist.
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In 5 ist eine Schraubenfeder für eine erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in verschiedenen Ansichten dargestellt, wobei zusätzlich eine weitere Schraubenfeder 240' vorgesehen ist, wobei die Schraubenfeder 240 und die weitere Schraubenfeder 240' aus einem Drahtstück gefertigt sind und eine gemeinsame Endwindung 241 aufweisen.
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Während die Ansichten (a) und (b) die beiden Schraubenfedern 240, 240' in verschiedenen perspektivischen Ansichten zeigen, zeigt die Ansicht (c), wie die beiden Schraubenfedern 240, 240' an der Klemmrolle 230 anliegen.
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In Ansicht (a) ist eine Erstreckungsebene E der Windung bzw. Endwindung 241 gezeigt, wie sie insbesondere im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen ist. Diese Erstreckungsebene E erstreckt sich zum einen in einer durch eine axiale Richtung definierte Achse A in Bezug auf den Innenring und den Außenring, wie sie auch in 4 dargestellt ist, und zum anderen in einer Achse R', die im Wesentlichen oder zumindest mit einer größeren Komponente der radialen Richtung bzw. Achse R, wie sie in 2 dargestellt ist, übereinstimmt.
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Hinsichtlich der letztgenannten Achse sei angemerkt, dass die Erstreckungsebene bzw. die Achse R' in der Praxis einen gewissen Winkel mit der Achse R einschließt, welcher beispielsweise abhängig von der konkreten Ausgestaltung des Vorsprungs 121, insbesondere der Neigung von dessen Fläche, an der die Endwindung 241 anliegt, ist.
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Weiterhin ist eine zur Erstreckungsebene E senkrechte Achse L gezeigt, die im Grunde derjenigen Richtung entspricht, in welcher die beiden Schraubenfedern 240, 240' ihre Federkraft ausüben können.
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In Ansicht (b) sind weiterhin eine Ausdehnung bzw. maximale Abmessung der Endwindung 241 entlang der Achse A innerhalb der Erstreckungsebene E mit ΔAA gezeigt, eine zugehörige Ausdehnung bzw. maximale Abmessung der übrigen Windungen einer der beiden Schraubenfedern mit ΔA'A.
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Weiterhin ist eine Ausdehnung bzw. maximale Abmessung der Endwindung 241 in einer zur Achse A senkrechten Achse R' innerhalb der Erstreckungsebene E mit ΔAR gezeigt, eine zugehörige Ausdehnung bzw. maximale Abmessung der übrigen Windungen einer der beiden Schraubenfedern mit ΔA'R.
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Es ist erkennbar, dass die Endwindung 241 eine im Wesentlichen rechteckige Form, jedoch mit abgerundeten Ecken, hat, wohingegen die übrigen Windungen im Wesentlichen rund oder elliptisch sind.
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Anhand dieser Abmessungen der Endwindung 241 gegenüber den übrigen Windungen, aber auch aufgrund der spezifischen Form der Endwindung 241 insgesamt (bzw. von deren Verlauf), die in etwa rechteckig ist, kann eine besonders einfache und effektive Fixierung in den Ausnehmungen bzw. Nuten 251, 252 erfolgen.
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An dieser Stelle sei auch nochmals auf 4 verwiesen, in der die Ausnehmungen 251 und 252 gut zu sehen sind, und in welche die Endwindung 241 mit ihren sich entlang der Achse A erstreckenden Abschnitten eingebracht werden kann, um sowohl mittels Formschluss als auch mittels Kraftschluss eine Fixierung zu erreichen.
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Durch die vorgeschlagene Art der Fixierung der Windung einer oder zweier Schraubenfedern kann eine besonders einfache Herstellung der Freilaufeinrichtung, insbesondere hinsichtlich der Anbringung der Schraubenfedern erfolgen, während die Schraubenfedern sicher positioniert sind und bleiben.
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Nur der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass die konkrete Form der Schraubenfedern, insbesondere deren Querschnitt, weiter insbesondere außerhalb der Endwindung 241, auch anders gestaltet sein kann. Denkbar sind beispielsweise ovale, eckige, insbesondere rechteckige oder auch andere längliche Querschnitte. Insbesondere bei länglichen Querschnitten kann auch nur eine anstatt zwei Schraubenfedern ausreichend sein. Aber auch bei zwei Schraubenfedern müssen die konkreten Formen bzw. Querschnitte der beiden Schraubenfedern nicht notwendigerweise gleich sein.
