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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenschaltkupplungseinheit, die ein Drehmoment zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle überträgt und unterbricht.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Bei einigen bekannten Nockenschaltkupplungseinheiten ist Folgendes vorgesehen: eine Vielzahl von Nocken und eine Vielzahl von Rollen, die zwischen einem Innenring und einem Außenring angeordnet sind, die koaxial und relativ zueinander drehbar sind; ein Käfigring mit einer Vielzahl von Taschenabschnitten, die umfangsmäßige relative Bewegungen der Nocken und der Rollen einschränken; und eine Ringfeder, welche die Nocken vorspannt.
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Beispielsweise sind bei der in 11 und 15 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit 500 mit Nocken und Rollen eine Vielzahl von Nocken 530 und eine Vielzahl von Rollen 540 in den Taschenabschnitten 551 eines Käfigrings 550 untergebracht, so dass die Nocken 530 und Rollen 540 umfangsmäßig zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind, die koaxial und relativ zueinander drehbar sind, so dass die Nocken 530 und Rollen 540 daran gehindert werden, sich in Umfangsrichtung relativ zueinander zu bewegen.
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Die Nocken 530 und die Rollen 540 sind derart ausgebildet, dass sie Umfangsnuten 535 bzw. 545 aufweisen, wobei eine Ringfeder 560 in den Nuten 535 und 545 untergebracht ist, so dass die Nocken 530 und die Rollen 540 in Richtung des Innenrings vorgespannt sind.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Bei der bekannten Nockenschaltkupplungseinheit weisen die Nocken 530 und Rollen 540, deren Materialien besonders verschleiß- und stoßfest sein müssen, Umfangsnuten 535 und 545 im mittleren Teil davon zur Aufnahme der Ringfeder 560 auf. Dies führt zu den Problemen, dass die Herstellung der Nocken 530 und der Rollen 540 eine erhöhte Anzahl von Bearbeitungsschritten und ein fortgeschrittenes Bearbeitungsniveau erfordert und somit eine Begrenzung der Bearbeitung darstellt, d.h. die Nocken und Rollen könnten nicht über eine bestimmte Grenze hinaus dünner gemacht werden.
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Die Rollen 540 müssen nur in axialer Richtung gebunden zu sein und müssen sich frei drehen können. Die Reibung, die zwischen dem Boden der Nuten 545 und der darauf gleitenden Feder 560 entsteht, verursacht jedoch nicht nur das Problem eines erheblichen Drehwiderstands bei schneller Drehung, sondern könnte auch die Lebensdauer der gesamten Nockenschaltkupplung durch verschleißbedingte Abnutzung der Feder 560 beeinträchtigen.
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Eine Nockenschaltkupplungseinheit, bei der die Nocken und Rollen an beiden axialen Enden mit Abschnitten zur Aufnahme von Druck von einer Feder versehen sind, ist ebenfalls bekannt, wie z. B. in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2005-106135 gezeigt. Diese Nocken erfordern jedoch einen Verriegelungsmechanismus, um ein axialen Lösen der Feder zu verhindern. Daher ist die Bearbeitung dieser Nocken und Rollen zwar weniger schwierig, jedoch erfordert der Prozess immer noch genauso viele Bearbeitungsschritte.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die vorstehenden Probleme zu lösen und eine Nockenschaltkupplungseinheit bereitzustellen, welche die Anzahl der Bearbeitungsschritte und den Schwierigkeitsgrad der Nockenschaltkupplungsherstellung verringern kann, in ihrer Dicke verringert werden kann, und die den durch Rollen verursachten Drehwiderstand reduzieren kann.
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Die vorliegende Erfindung löst die vorstehenden Probleme durch Bereitstellen einer Nockenschaltkupplungseinheit, die aufweist: eine Vielzahl von Nocken und eine Vielzahl von Rollen, die zwischen einem Innenring und einem Außenring angeordnet sind, die koaxial und relativ zueinander drehbar sind; einen Käfigring mit einer Vielzahl von Taschenabschnitten, die umfangsmäßige relative Bewegungen der Nocken und der Rollen einschränken; und eine Ringfeder, welche die Nocken vorspannt, wobei die Nocken auf einer axialen Endfläche eine Eingriffsstufe aufweist, die mit der Feder zusammengreifen kann, wobei der Käfigring eine Vielzahl von Hakenabschnitten aufweist, die axiale Bewegungen der Ringfeder einschränken.
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Gemäß der Nockenschaltkupplungseinheit nach Anspruch 1 weisen die Nocken eine Eingriffsstufe auf, die mit der Feder auf einer axialen Endfläche zusammengreifen kann, wodurch der Aufbau vereinfacht und die Anzahl der Bearbeitungsschritte sowie der Schwierigkeitsgrad der Herstellung verringert werden und eine Verringerung der Dicke ermöglich wird.
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Der Käfigring weist eine Vielzahl von Hakenabschnitten auf, die axiale Bewegungen der Ringfeder einschränken. Die Nocken und Rollen müssen nicht bearbeitet werden, um eine Eingriffsstufe auf einer Endfläche in einer Form zu haben, die axiale Bewegungen der Feder einschränkt, und daher werden die Anzahl der Bearbeitungsschritte und der Schwierigkeitsgrad verringert.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 2 weist der Hakenabschnitt einen Hakenbodenabschnitt auf, der radiale Bewegungen der Ringfeder einschränkt. Der Hakenbodenabschnitt reguliert den Radius der Feder an beiden Enden jedes Nockens, so dass der Druck, den jeder Nocken erhält, weniger durch Haltungsänderungen anderer Nocken beeinflusst wird. Es kann eine präzisere Nockenschaltkupplung vorgesehen werden, da die Nockenreihe gleichmäßig gedrückt werden kann.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 3 weisen die Taschenabschnitte des Käfigrings Flächen auf, die umfangsmäßig an die Rollen angrenzen und so geformt sind, dass sie Bewegungen der Rollen in Richtung des Außenrings und des Innenrings einschränken. Dadurch wird verhindert, dass sich die Rollen während des Produktionsprozesses der Nockenschaltkupplung radial nach außen lösen.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 4 weist der Nocken auf einer Endfläche entgegengesetzt zu der Eingriffsstufe eine Begrenzungsstufe auf, und der Taschenabschnitt des Käfigrings weist auf einer Fläche, die axial an die Begrenzungsstufe des Nockens angrenzt, einen Begrenzungsvorsprung auf, der die Neigung des Nockens einschränkt. Dadurch kann die Haltung der Nocken so gesteuert werden, dass der Druck der Feder in eine entsprechende Drehung der Nocken umgewandelt wird, ohne die Reaktionsfähigkeit zu beeinträchtigen. Daher kann eine präzisere und reaktionsschnellere Nockenschaltkupplung bereitgestellt werden.
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Darüber hinaus wird während des Herstellungsprozesses der Nockenschaltkupplung ein reibungsloses Einsetzen der Nocken gewährleistet, da die Ausgestaltung ein radiales Lösen der Nocken nach außen verhindert und das Neigen der Nocken minimiert.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 5 weisen die Rollen jeweils eine hohle Form auf, so dass die Nockenschaltkupplungseinheit leichter gestaltet werden kann.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 6 weisen die Rollen jeweils eine Rollenwelle auf, die axial länger ist als die Rollen und lose in einem hohlen Teil der Rolle sitzt. Die Rollenwellen verursachen nur einen geringen Gleitwiderstand bei den Rollen und verhindern ein radiales Lösen der Rollen nach außen. Die Feder hat keinen reibenden Gleitkontakt mit den Rollen und daher wird der Drehwiderstand verringert. Dadurch können die negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer der gesamten Nockenschaltkupplung reduziert werden.
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Gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 7 weisen die Rollen jeweils eine axiale Länge auf, die nicht größer ist als eine axiale Länge der Nocken ohne Eingriffsstufe. Die Rollen sind nur in axialer Richtung gebunden und können sich frei drehen, so dass es kaum reibenden Gleitkontakt zwischen den Rollen und der Feder gibt und somit der Drehwiderstand reduziert werden kann.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Nockenschaltkupplungseinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit von der Richtung der Drehachse aus betrachtet;
- 3 zeigt eine Seitenansicht und eine Vorderansicht der Nocke in der in 1 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit;
- 4 zeigt eine Seitenansicht und eine Vorderansicht der Rolle in der in 1 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit;
- 5 zeigt eine teilweise Seitenansicht und eine Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit;
- 6 zeigt eine Seitenansicht und eine Vorderansicht der Nocke in einer Nockenschaltkupplungseinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 7 zeigt eine teilweise Seitenansicht und eine Querschnittsansicht des Käfigrings in der Nockenschaltkupplungseinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 8 zeigt eine teilweise Seitenansicht eines Variationsbeispiels des in 7 gezeigten Käfigrings;
- 9 zeigt eine teilweise Seitenansicht eines anderen Variationsbeispiels des in 7 gezeigten Käfigrings;
- 10 zeigt eine schematische teilweise vergrößerte perspektivische Ansicht und eine Seitenansicht einer Nockenschaltkupplungseinheit gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Nockenschaltkupplungseinheit;
- 12 zeigt eine Seitenansicht der in 11 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit von der Richtung der Drehachse aus betrachtet;
- 13 zeigt eine Seitenansicht und eine Vorderansicht der Nocke in der in 11 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit;
- 14 zeigt eine Seitenansicht und eine Vorderansicht der Rolle in der in 11 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit; und
- 15 zeigt eine teilweise Seitenansicht und eine Querschnittsansicht der in 11 gezeigten Nockenschaltkupplungseinheit.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie in 1 bis 5 dargestellt, weist die Nockenschaltkupplung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf: eine Vielzahl von Nocken 130, die als Klemmstücke zum Übertragen oder Unterbrechen des Drehmoments zwischen einen Innenring und einem Außenring dienen, in einem Ringraum zwischen Laufbahnen des Innenrings und des Außenrings, die koaxial und relativ zueinander drehbar sind; eine Vielzahl von Rollen 140, die dem Innenring und dem Außenring ermöglichen, sich frei zu drehen; einen Käfigring 150 mit einer Vielzahl von Taschenabschnitten 151 und 152, die umfangsmäßige Bewegungen der Nocken 130 und der Rollen 140 relativ zueinander einschränken, und einer Ringfeder 160, die jeden der Vielzahl von Nocken 130 in eine Richtung vorspannt, in der die Nocken gegen den Innenring und den Außenring verkeilt sind.
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Jeder der Vielzahl von Nocken 130 weist eine Eingriffsstufe 131 auf, die mit der Ringfeder 160 auf einer axialen Endfläche zusammengreifen kann, wie in 3 und anderen gezeigt.
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In dieser Ausführungsform ist die Eingriffsstufe 131 geneigt, wobei sich die rechte Seite in den Zeichnungen auf der radial äußeren Seite befindet, wenn sich der Nocken 130 in einem freien Zustand befindet. Die Feder 160, welche die rechte Seite der Eingriffsstufe 131 drückt, spannt den Nocken 130 in Richtung des Innenrings vor und bewirkt, dass sich Nocken 130 in einer Betriebsrichtung dreht.
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Die Vielzahl von Rollen 140 weisen keine Nut oder Stufe auf, wie in 4 und anderen gezeigt. In dieser Ausführungsform weist die Rolle 140 eine axiale Länge rw auf, die nicht größer ist als die axiale Länge cw des Nockens 130 ohne die Eingriffsstufe 131.
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In dieser Ausführungsform sind beide Endfläche der Rollen 140 entlang den Au-ßenumfangskanten abgeschrägt, um ein Einklemmen der Feder 160 zu vermeiden.
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Der Käfigring 150 weist eine Vielzahl von Taschenabschnitten 151 und 152 auf, die jeweils umfangsmäßige relative Bewegungen der Nocken 130 und der Rollen 140 aufnehmen und einschränken, sowie eine Vielzahl von Hakenabschnitten 153, die axiale Bewegungen der Ringfedern 160 einschränken.
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In dieser Ausführungsform sind die Taschenabschnitte 151 und 152 des Käfigrings 150, die jeweils die Nocken 130 und die Rollen 140 aufnehmen, umfangsmäßig abwechselnd angeordnet.
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Die Taschenabschnitte 151 und 152 schränken jeweils die Bewegungen der Nocken 130 und Rollen 140 zu einer axialen Richtung durch eine Endfläche an einem axialen Ende ein, und die Feder 160 schränkt die Bewegungen der Nocken und Rollen zu der anderen axialen Richtung ein.
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In dieser Ausführungsform weisen die Taschenabschnitte 152, welche die Rollen 140 aufnehmen, Flächen auf, die an die Rollen 140 angrenzen und so geformt sind, dass sie die Bewegungen der Rollen 140 zu dem Außenring und dem Innenring einschränken.
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Die Rollen 140 können eine axiale Länge rw aufweisen, die größer ist als die axiale Länge cw des Nockens 130 ohne die Eingriffsstufe 131. In diesem Fall können die Taschenabschnitte 151 und 152 des Käfigrings 150 derart ausgebildet sein, dass sie den Rollen 140 ermöglichen, auf der den Eingriffsstufen 131 der Nocken 130 entgegengesetzten Seite weiter als die Nocken 130 hervorzustehen. Auf diese Weise kann die Nockenschaltkupplungseinheit eine größere axiale Belastung aushalten, wobei die Rollen 140 von dem radialen Druck befreit sind, der von der Feder 160 ausgeübt wird.
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Darüber hinaus haben in dieser Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, die Hakenabschnitte 153, die an der linken Seite der Taschenabschnitte 151 angrenzen, welche die Nocken 130 aufnehmen, jeweils einen Hakenbodenabschnitt 154, der die radiale Bewegung der Ringfeder 160 einschränkt.
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Dadurch kann die Feder 160 die rechte Seite der Eingriffsstufen 131 der Nocken 130 drücken, ohne dass die Rollen 140 die Spannung der Feder 160 in irgendeiner Weise einschränken. Jeder Nocken 130 wird einzeln durch einen Mittelpunkt der Spannweite der zwischen zwei Hakenbodenabschnitt 154 gespannten Feder 160 gedrückt, so dass sie zu hochpräzisen und gleichmäßigen Bewegungen fähig sind, ohne durch Haltungsänderungen anderer Nocken 130 beeinflusst zu werden.
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Auch wenn in dieser Ausführungsform die gleiche Anzahl von abwechselnd angeordneten Nocken 130 und Rollen 140 verwendet wird, kann eine beliebige Anzahl von Nocken 130 und Rollen 140 in beliebiger Anordnung verwendet werden.
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Die Nocken 130 können eine beliebige Form haben, z. B. die Form eines Klemmstücks.
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Ebenso können die Hakenbodenabschnitte 154 in beliebiger Weise entsprechend der jeweiligen Anzahl und Anordnung der Nocken 130 und Rollen 140 angeordnet werden. Die Hakenbodenabschnitte 154 können in radialer Richtung die gleiche Höhe haben oder je nach ihrer Position in Umfangsrichtung unterschiedlich hoch sein.
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Durch geeignete Anordnung und Einstellung der Höhen der Hakenbodenabschnitte 154 entsprechend der jeweiligen Anzahl und Anordnung der Nocken 130 und der Rollen 140 kann sich jeder Nocken gleichmäßig und präzise bewegen, wie in der obigen Ausführungsform beschrieben.
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Bei einer Nockenschaltkupplungseinheit gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Nocken 130a eine Begrenzungsstufe 132 auf der Endfläche entgegengesetzt zu der Eingriffsstufe 131a auf, wie in 6 gezeigt. Der Käfigring 150a hat Begrenzungsvorsprünge 155, welche die Neigung der Nocken 130a auf der Fläche der Taschenabschnitte axial angrenzend an die Begrenzungsstufen 132 der Nocken 130a begrenzen.
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Die Begrenzungsvorsprünge 155 verhindern, dass sich die Nocken 130a auf der der Eingriffsstufe 131a entgegengesetzten Seite verschieben und neigen, und schränken den Drehbereich der Nocken 130a ein, was ein Lösen der Nocken verhindert und die Funktionsgenauigkeit und Geschwindigkeit der Nockenschaltkupplung verbessert.
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Die Begrenzungsvorsprünge können jede beliebige Form haben, solange sie ein Neigen der Nocken verhindern und den Drehbereich der Nocken einschränken können. Wie in 7 gezeigt, kann beispielsweise die gesamte Außenumfangsseite des Käfigrings 150d axial vorstehen, um die Begrenzungsvorsprünge 155b zu bilden. Ein in 8 gezeigter halbmondförmiger Begrenzungsvorsprung 155c könnte die vordere und hintere Umfangsgrenze und die radiale Außenumfangsgrenze des Käfigrings 150c definieren. Die Begrenzungsvorsprünge 155d können an drei Stellen in der vorderen und hinteren Umfangsfläche und in der Nähe der radialen Außenumfangskante angeordnet sein, wie in 9 gezeigt.
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Bei einer Nockenschaltkupplungseinheit gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Rollen 140e hohl und haben eine Rollenwelle 143, die axial länger als die Rolle 140e ist und lose in den hohlen Teil 142 der Rolle 140e eingesetzt ist, wie in 10 gezeigt.
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Die Rollen 140e können so leichter gemacht werden. Die Feder 160, welche die radialen Bewegungen der nicht drehenden Rollenwellen 143 einschränkt, verhindert ein radiales Lösen der Rollen 140e unabhängig von der Form der Taschen.
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Die Feder 160 selbst unterliegt einem geringeren Verschleiß, wodurch nachteilige Auswirkungen auf die Lebensdauer der gesamten Nockenschaltkupplung verringert werden.
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Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorstehend detailliert beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann mit verschiedenen Designänderungen ausgeführt werden, ohne von dem in den Ansprüchen dargelegten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Anstatt die Eingriffsstufe bereitzustellen, die nur auf einer Endfläche an einem axialen Ende der Nocken in die Feder eingreifen kann, wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, kann die Eingriffsstufe beispielsweise auf beiden axialen Endflächen der Nocken vorgesehen sein, wobei auch auf beiden axialen Enden des Käfigrings Hakenabschnitte vorgesehen sind, damit die Nocken durch zwei Ringfedern vorgespannt werden.
