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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Riemenspanneinrichtung und befasst sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, mit einer hydraulischen Spanneinrichtung zum Spannen eines Riemens in einer Brennkraftmaschine.
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Hintergrund
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In einer typischen Brennkraftmaschine kann das primäre Antriebsriemensystem aufgrund der Drehmomentmerkmale der Nockenwelle und der Kurbelwelle Spannungsschwankungen erfahren. Eine Riemenspanneinrichtung wird verwendet, um die Riemenspannung zu steuern. Dies wir häufig unter Verwendung eines Systems mit Feder und Reibungsstoßdämpfer ausgeführt.
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Jedoch wird eine Reibungsdämpfung durch Ölmenge und -qualität beeinflusst, was bewirken kann, dass es schwierig ist, dasselbe Niveau der Riemenspannung und der Schwankung der Riemenspannung über die Lebensdauer einer Kraftmaschine durchgehend aufrechtzuerhalten.
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Es besteht ein Bedarf an einem Spannsystem, das über die Lebensdauer einer Kraftmaschine konsistenter funktioniert.
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Aussagen der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Riemenspanneinrichtung für einen Riemen einer Kraftmaschine bereitgestellt, wobei die Riemenspanneinrichtung Folgendes umfasst:
- eine Welle;
- ein exzentrisches Gehäuse, das konfiguriert ist, sich um die Welle zu drehen;
- eine Riemenscheibe, die um das Gehäuse vorgesehen ist;
- eine Trennwand, die sich von der Welle erstreckt;
- eine Fluidkammer, die durch das Gehäuse definiert ist, wobei die Trennwand die Fluidkammer in einen ersten und einen zweiten Abschnitt teilt, derart, dass ein darin enthaltenes Fluid eine Bewegung des Gehäuses relativ zur Welle dämpft; und
- ein Federelement, das mit dem Gehäuse und der Trennwand gekoppelt ist, derart, dass die Riemenscheibe in Richtung des Riemens vorbelastet wird.
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Die Riemenspanneinrichtung kann ferner einen ersten Kanal umfassen, der konfiguriert ist zu ermöglichen, dass Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Fluidkammer hindurchtritt. Der erste Kanal kann in der Trennwand vorgesehen sein. Der erste Kanal kann derart bemessen sein, dass eine Bewegung des Gehäuses relativ zur Welle gedämpft wird.
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Die Riemenspanneinrichtung kann ferner einen zweiten Kanal umfassen, der konfiguriert ist zuzulassen, dass Fluid aus dem zweiten Abschnitt der Fluidkammer strömt. Der zweite Kanal kann dem Fluidstrom widerstehen, derart, dass eine Bewegung des Gehäuses relativ zur Welle gedämpft wird.
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Der erste Kanal kann eine Bewegung des Gehäuses mindestens in einer ersten Richtung dämpfen. Der zweite Kanal kann eine Bewegung des Gehäuses mindestens in einer zweiten Richtung dämpfen. Die zweite Richtung kann zur ersten Richtung entgegengesetzt sein.
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Das Fluid in der Fluidkammer kann ein Öl sein. Die Riemenspanneinrichtung kann mit einer Hauptölleitung der Kraftmaschine fluidtechnisch koppelbar sein, derart, dass Öl aus der Hauptölleitung in den ersten Abschnitt der Fluidkammer eingespeist wird. Ein Rückschlagventil kann zwischen der ersten Kammer und der Hauptölleitung vorgesehen sein, z. B. derart, dass ein Fluss aus der Hauptölleitung zur ersten Kammer zugelassen ist, jedoch nicht umgekehrt.
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Das Federelement kann eine Feder wie z. B. eine Spiralfeder umfassen. Das Federelement kann im ersten Abschnitt der Fluidkammer vorgesehen sein.
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Die Riemenspanneinrichtung kann ferner einen elastischen Vorsprung umfassen, der zwischen der Trennwand und einer Wand der Fluidkammer vorgesehen ist. Der elastische Vorsprung kann konfiguriert sein, zumindest einen Anteil der Kompression des Federelements zu begrenzen und zu verlangsamen. Der elastische Vorsprung kann in Inneren der Feder vorgesehen sein.
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Die Riemenspanneinrichtung kann ferner eine Dichtung umfassen, die zwischen der Trennwand und dem Gehäuse vorgesehen ist. Die Fluidkammer kann eine bogenförmige Wand aufweisen, die auf einer Drehachse der Welle zentriert ist. Die Trennwand kann in Bezug auf die Welle feststehend sein.
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Um eine unnötige Verdopplung des Aufwands und Wiederholung von Text in der Beschreibung zu vermeiden, sind bestimmte Merkmale lediglich in Bezug auf einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Jedoch versteht es sich, dass dort, wo es technisch möglich ist, Merkmale, die in Bezug auf einen beliebigen Aspekt oder eine beliebige Ausführungsform der Erfindung beschrieben sind, ebenso mit einem beliebigen anderen Aspekt oder einer beliebigen anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden können.
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Figurenliste
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um klarer zu zeigen, wie sie verwirklicht werden kann, wird nun auf beispielhafte Weise auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen; es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Riemenspanneinrichtung gemäß einem Beispiel für die vorliegende Offenbarung;
- 2 eine schematische Ansicht eines Federelements für eine Riemenspanneinrichtung gemäß einem Beispiel für die vorliegende Offenbarung; und
- 3 eine schematische Einzelteilansicht, die Komponenten der Riemenspanneinrichtung gemäß einem Beispiel für die vorliegende Offenbarung zeigt.
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Genaue Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Riemenspanneinrichtung 2 für einen Riemen 10 einer Kraftmaschine (nicht gezeigt) wie etwa einer Brennkraftmaschine bereitgestellt. Die Kraftmaschine kann eine Treibkraft für ein Fahrzeug wie etwa ein Motorfahrzeug (z. B. Automobil, Transporter, Lastkraftwagen, Motorrad, usw.), industrielle oder landwirtschaftliche Fahrzeuge (z. B. Traktor, Gabelstapler, Bulldozer, Bagger, usw.), ein Seeschiff, ein Flugzeug oder eine beliebige andere Art von Fahrzeug bereitstellen. Beispielsweise kann der Riemen 10 eine Kurbelwelle der Kraftmaschine mit einer Nockenwelle der Kraftmaschine verbinden. Zusätzlich oder alternativ kann der Riemen 10 die Kurbelwelle und/oder die Nockenwelle mit einer oder mehreren Zusatzeinrichtungen der Kraftmaschine verbinden.
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Die Riemenspanneinrichtung 2 umfasst eine Welle 4 und ein exzentrisches Gehäuse 6, das konfiguriert ist, sich um die Welle 4 zu drehen. Die Welle 4 kann relativ zur Kraftmaschine feststehend sein, derart, dass sich das Gehäuse 6 relativ zur Kraftmaschine dreht. Das Gehäuse 6 der Riemenspanneinrichtung ist exzentrisch, derart, dass eine Drehung des Gehäuses 6 um die Welle 4 die Spannung des Riemens 10 verändert. Die Riemenspanneinrichtung 2 umfasst ferner eine Riemenscheibe 8, die um das Gehäuse 6 vorgesehen ist. Die Riemenscheibe 8 ist konfiguriert, sich mit dem Riemen 10 in Kontakt zu befinden, und kann sich relativ zum Gehäuse 6 drehen.
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Eine Fluidkammer 12 ist durch das Gehäuse 6 definiert und weist eine bogenförmige Wand 12a auf, die auf einer Drehachse der Welle 4 zentriert ist. Die Fluidkammer 12 kann den Querschnitt eines Kreissegments aufweisen, wobei der Mittelpunkt des Radius des Querschnitts die Drehachse der Welle 4 ist. Eine bogenförmige Innenfläche 12b der Fluidkammer 12 kann durch eine radiale Außenfläche der Welle 4 definiert sein und die bogenförmige Wand 12a der Fluidkammer 12 kann durch eine Innenfläche des Gehäuses 6 definiert sein.
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Eine Trennwand 14 erstreckt sich von der Welle 4. Die Trennwand 14 teilt die Fluidkammer 12 in einen ersten und einen zweiten Abschnitt 16, 18. Die Trennwand 14 umfasst ein nahes Ende 14a, das an der Welle 4 befestigt ist, und ein fernes Ende 14b, das sich mit der bogenförmigen Wand 12a in Gleitkontakt befindet. Die Trennwand 14 kann mit der Welle 4 einteilig oder damit gekoppelt sein. In einigen Anordnungen kann eine Dichtung 22 zwischen der Trennwand 14 und der bogenförmigen Wand 12a vorgesehen sein. Die Dichtung 22 kann in einer Vertiefung in der Trennwand 14 vorgesehen sein. Die Dichtung 22 kann durch ein beliebiges Mittel, wie z. B. mit einer Presspassung oder mit einem Haftmittel, an der Trennwand 14 befestigt sein. Diese Anordnung kann eine Undichtigkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 16, 18 der Fluidkammer verringern. Die Dichtung 22 kann außerdem eine Abnutzung des fernen Endes 14b der Trennwand 14, während es im Gehäuse gleitet, verhindern. Dies kann erwünscht sein, da die Dichtung 22 kleiner und leichter auszutauschen ist als die Trennwand 14.
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Ein Federelement 20, das eine Feder wie etwa eine Spiralfeder umfassen kann, ist in der Fluidkammer 12 vorgesehen. Insbesondere ist die Feder 20 im ersten Abschnitt 16 der Fluidkammer 12 vorgesehen und ist mit dem Gehäuse 6 und der Trennwand 14 gekoppelt, derart, dass die Riemenscheibe 8 in Richtung des Riemens 10 vorbelastet wird (und dadurch die Spannung des Riemens erhöht wird).
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein elastischer, z. B. federnder Vorsprung 24 zwischen der Trennwand 14 und einer Wand der Fluidkammer 12 vorgesehen. Der elastische Vorsprung 24 ist auf der Trennwand 14 angeordnet, jedoch ist der elastische Vorsprung 24 in anderen Anordnungen auf dem Gehäuse 6 angeordnet. Der elastische Vorsprung 24 kann im Inneren der Feder 20 vorgesehen sein. In einigen Anordnungen kann ein zweiter Vorsprung 26, der ein anderes Material wie etwa ein steiferes Material als jenes des elastischen Vorsprungs umfasst, zwischen der Trennwand 14 und dem Gehäuse 6 vorgesehen sein. Der zweite Vorsprung 26 kann auf dem Gehäuse 6 (oder auf der Trennwand 14, wenn der elastische Vorsprung auf dem Gehäuse 6 vorgesehen ist) vorgesehen sein. Der elastische Vorsprung 24 und der zweite Vorsprung 26 können in Eingriff gelangen, wenn die Feder 20 teilweise komprimiert wird, und können eine zusätzliche Rückstellkraft bereitstellen. Diese Anordnung kann die Rückstellkraft ändern, während sich das Gehäuse 6 relativ zur Welle 4 dreht.
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Die Riemenspanneinrichtung 2 umfasst ferner einen ersten Kanal 25, der zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidkammerabschnitt 16, 18 vorgesehen ist und einen Fluss dazwischen zulässt, wenn auch mit einer begrenzten Durchflussmenge. Der erste Kanal 25 kann in der Trennwand 14 vorgesehen sein und kann z. B. einen zylindrischen Kanal in der Trennwand 14 umfassen. Der erste Kanal 25 ist konfiguriert zu ermöglichen, dass Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 16, 18 der Fluidkammer 12 hindurchtritt.
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Die Riemenspanneinrichtung 2 umfasst ferner einen zweiten Kanal 28, der in einer Wand des Gehäuses 6 vorgesehen ist und sich mit dem zweiten Fluidkammerabschnitt 18 über den gesamten Positionsbereich des Gehäuses 6 relativ zur Trennwand 14 durchgehend in Fluidverbindung befindet. Der zweite Kanal 28 kann einen Abflusskanal für das Öl im zweiten Fluidkammerabschnitt 18 bereitstellen, und der zweite Kanal 28 kann Öl zur Kraftmaschine, z. B. zu einer Ölwanne der Kraftmaschine zurückführen.
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Unter Bezugnahme auf 3 sind die Platten 34, 36 an jedem Ende der Welle 4 vorgesehen. Die Platten 34, 36 sind an der Welle 4 steif befestigt. Die Platten 34, 36 können Anschlagflächen zum Begrenzen einer axialen Bewegung des Gehäuses 6 bereitstellen. Die Trennwand 14 kann konfiguriert sein, an die Platten 34, 36 zu stoßen. Jedoch kann ein Abstand zwischen mindestens einer der Platten 34, 36 und den Endflächen des Gehäuses 6 vorhanden sein, um einen bestimmten Betrag an Undichtigkeit und somit eine Schmierung zwischen dem Gehäuse 6b und den Platten 34, 36 zu ermöglichen. Die Abmessungen wie z. B. die axiale Länge L der Welle können ausgewählt sein, um eine gewünschte Undichtigkeit zu ermöglichen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der erste Kanal 25 derart bemessen sein, dass eine Bewegung in einer ersten Richtung X des Gehäuses 6 relativ zur Welle 4 und zur Trennwand 14 gedämpft wird. Die Trennwand 14 kann in Bezug auf die Welle 4 feststehend sein. Eine relative Bewegung zwischen dem Gehäuse 6 und der Trennwand 14 erzeugt Änderungen des Volumens zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidkammerabschnitt 16, 18. Der erste Kanal 25 ermöglicht einen eingeschränkten Fluidstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 16, 18, wodurch ein Dämpfen der Kräfte, die auf die Riemenspanneinrichtung 2 aufgebracht werden, ermöglicht wird.
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In einigen Anordnungen kann es mehrere Kanäle zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidkammerabschnitt 16, 18 der Fluidkammer 12 geben. Die Abmessungen des ersten Kanals 25 können derart ausgewählt sein, dass ein erwünschter Dämpfungsgrad erzielt wird.
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Das Federelement 20 ermöglicht, dass die Riemenspannung gehalten wird, wenn die Kraftmaschine ausgeschaltet ist und das Fluid nicht mit Druck beaufschlagt ist.
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Der elastische Vorsprung 24 ist konfiguriert, zumindest einen Anteil der Kompression des Federelements 20 zu begrenzen und zu verlangsamen. Der zweite Vorsprung 26 kann derart bemessen sein, dass die Kompression der Feder 20 begrenzt wird. Der elastische Vorsprung 24 kann konfiguriert sein, bei oder in Richtung der maximalen Kompression der Feder 20 am zweiten Vorsprung 26 anzuliegen. Das elastische Material des elastischen Vorsprungs 24 kann derart ausgewählt sein, dass eine gewünschte Dämpfungswirkung erzielt wird. Die Länge des elastischen Vorsprungs 24 ist kleiner als die Länge der Feder 20, wenn auf diese keine Kompressionskräfte durch die relative Bewegung des Gehäuses 6 und der Trennwand 14 aufgebracht werden.
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Der zweite Kanal 28 ist konfiguriert zuzulassen, dass Fluid aus dem zweiten Abschnitt 18 der Fluidkammer 12 strömt. Der zweite Kanal 28 widersteht dem Fluidstrom, derart, dass eine Bewegung des Gehäuses 6 relativ zur Trennwand 14 gedämpft wird. Die Abmessungen des zweiten Kanals 28 können derart ausgewählt sein, dass ein gewünschter Dämpfungsgrad erzielt wird.
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Das Fluid tritt durch einen dritten Kanal 30, der in einem Abschnitt der Welle 4 vorgesehen ist, der eine Wand des ersten Abschnitts 16 bildet, in den ersten Fluidkammerabschnitt 16 ein. In einigen Anordnungen ist das Fluid ein Öl, und der dritte Kanal 30 ist mit einer Hauptölleitung (nicht gezeigt) der Kraftmaschine koppelbar. Der dritte Kanal 30 ermöglicht, dass sich die Fluidkammer 12 mit der Hauptölleitung in Fluidverbindung befindet, derart, dass Öl aus der Hauptölleitung durch den dritten Kanal 30 in den ersten Abschnitt 16 der Fluidkammer 12 eingespeist wird. Ein Rückschlagventil kann zwischen der ersten Kammer 16 und der Hauptkraftmaschinenleitung vorgesehen sein, um zu verhindern, dass Öl in die Hauptkraftmaschinenleitung zurückgeschoben wird.
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Wenn die Spannung des Riemens 10 größer als gewünscht ist, übt der Riemen 10 eine Kraft auf die Riemenscheibe 8 aus, die diese Kraft auf das Gehäuse 6 überträgt. Aufgrund der Exzentrizität des Gehäuses 6 bewirkt diese Kraft, dass sich das Gehäuse 6 um die Welle 4 dreht, um das System in Richtung Gleichgewicht zu bringen. Da die resultierende Kraft nicht durch die Drehachse des Gehäuses 6 wirkt, wird auf das Gehäuse 6 ein Drehmoment aufgebracht. Das Gehäuse 6 dreht sich unter dem aufgebrachten Drehmoment in einer ersten Richtung X. Die relative Bewegung des Gehäuses 6 in Bezug auf die Trennwand 14 bewirkt eine Kompression der Feder 20, eine Abnahme des Volumens des ersten Abschnitts 16 und eine Zunahme des Volumens des zweiten Abschnitts 18. Die Volumenänderung des ersten und des zweiten Abschnitts 16, 18 ergibt den Fluidstrom aus dem ersten Abschnitt 16 durch den ersten Kanal 25 zum zweiten Abschnitt 18. Der eingeschränkte Fluss durch den ersten Kanal 25 bewirkt, dass eine Kraft auf das Gehäuse 6 ausgeübt wird, die der Drehung des Gehäuses 6 relativ zur Trennwand 14 entgegenwirkt, wodurch die Bewegung des Gehäuses 6 in der ersten Richtung X relativ zur Trennwand 14 gedämpft wird.
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Die Drehung des Gehäuses 6 relativ zur Trennwand 14 hält an, wenn die Rotationskräfte um das Drehzentrum des Gehäuses 6 ausgeglichen sind.
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Wenn die Spannung des Riemens niedriger als gewünscht wird, verringert sich die Kraft des Riemens auf die Riemenscheibe 8 und das Gehäuse 6. Wenn sie unter Kompression steht, übt die Feder 20 eine Rückstellkraft auf das Gehäuse 6 aus, die jeder Kraft vom Riemen entgegenwirkt. Die Rückstellkraft wirkt in einem Abstand von der Drehachse des Gehäuses 6. Diese Rückstellkraft resultiert darin, dass ein Drehmoment auf das Gehäuse 6 aufgebracht wird. Wenn dieses Drehmoment das Drehmoment, das durch den Riemen 10 auf das Gehäuse 6 aufgebracht wird, übersteigt, dreht sich das Gehäuse 6 in einer zweiten Richtung Y an eine Position, die die Spannung im Riemen erhöht. Die relative Bewegung des Gehäuses 6 in Bezug auf die Trennwand 14 bewirkt eine Zunahme des Volumens des ersten Fluidkammerabschnitts 16 und eine Abnahme des Volumens des zweiten Abschnitts 18. Die Volumenänderung des ersten und des zweiten Abschnitts 16, 18 kann einen Fluidstrom aus dem zweiten Abschnitt 18 durch den ersten Kanal 25 zum ersten Abschnitt 16 ergeben. Zusätzlich oder alternativ kann die Verringerung des Volumens des zweiten Fluidkammerabschnitts 18 einen Fluss durch den zweiten Kanal 28 bewirken. Der zweite Kanal 28 kann derart bemessen sein, dass ein derartiger Fluss eingeschränkt wird, z. B. mittels einer Öffnung. Der eingeschränkte Fluss durch den ersten und/oder zweiten Kanal 25 bewirkt, dass eine Kraft auf das Gehäuse 6 ausgeübt wird, die der Drehung des Gehäuses 6 relativ zur Trennwand 14 entgegenwirkt, wodurch die Bewegung des Gehäuses 6 in der Y-Richtung relativ zur Trennwand 14 gedämpft wird.
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Der zweite Kanal 28 ermöglicht, dass Fluid aus dem zweiten Abschnitt 18 der Fluidkammer 12 strömt, während der zweite Abschnitt 18 sein Volumen verringert. Der eingeschränkte Fluss durch den zweiten Kanal 28 kann bewirken, dass durch das Fluid eine Kraft auf das Gehäuse 6 ausgeübt wird. Dies dämpft die Bewegung des Gehäuses 6 relativ zur Trennwand 14.
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Wenn kein Fluid oder eine kleine Menge Fluid in der Fluidkammer 12 vorhanden ist und/oder die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, ermöglicht das Federelement 20, dass die Riemenspannung gehalten wird.
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In einigen Anordnungen können die maximale Kompression des Federelements 20 und/oder die Abmessungen des elastischen Vorsprungs 24 und/oder des zweiten Vorsprungs 26 konfiguriert sein sicherzustellen, dass der dritte Kanal 30 über den gesamten Positionsbereich des Gehäuses 6 relativ zur Trennwand 14 durchgehend in Fluidverbindung mit dem ersten Abschnitt 16 bleibt. Dies kann sicherstellen, dass die Fluidkammer 12 während der Verwendung der Riemenspanneinrichtung 2 durchgehend eine Fluidzufuhr aufweist.
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In einigen Anordnungen können der zweite und/oder der dritte Kanal 26, 30 in der Trennwand 14 vorgesehen sein.
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In einigen Anordnungen muss das Federelement 20 nicht in der Fluidkammer 12 vorgesehen sein. Das Federelement 20 kann eine Torsionsfeder sein, die an einem axialen Ende der Welle 4 vorgesehen und mit dem Gehäuse 6 verbunden sein kann.
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In einigen Anordnungen kann es mehrere Federelemente 20 und/oder zweite Vorsprünge 26 geben. Die mehreren Federelemente 20 können entlang der Länge der Trennwand 14 verteilt sein, derart, dass die Verteilung der Kraft auf die Trennwand 14 vergrößert wird und die Torsion in der Welle 4 verringert wird.
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In einigen Anordnungen kann es einen Zwischenraum zwischen dem fernen Ende 14b der Trennwand 14 und der bogenförmigen Wand 12a geben. Das Gehäuse 6 kann sich relativ zur Trennwand 14 drehen, derart, dass der Zwischenraum aufrechterhalten wird. Dieser Zwischenraum ermöglicht, dass Fluid zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 16, 18 strömt. Der Zwischenraum kann über die gesamte Länge L der Trennwand 14 oder über einen Abschnitt der Länge L vorgesehen sein. Der Zwischenraum zwischen dem fernen Ende 14b der Trennwand 14 und der bogenförmigen Wand 12 kann zusätzlich oder als eine Alternative zum ersten Kanal 25 und/oder dem Zwischenraum zwischen der Welle und den Platten 34, 36 vorgesehen sein.
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Der Fachmann auf dem Gebiet wird anerkennen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt ist, obwohl sie auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf ein oder mehrere beispielhafte Beispiele beschrieben worden ist, und dass alternative Beispiele konstruiert werden könnten, ohne vom Umfang der Erfindung wie in den beigefügten Ansprüchen definiert abzuweichen.
