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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Universal-Querrillengelenk
konstanter Winkelgeschwindigkeit, das eine Art eines Universalgelenks konstanter
Winkelgeschwindigkeit vom Verschiebetyp ist, das in einem Kraftübertragungsmechanismus eines
Automobils oder verschiedener industrieller Maschinen verwendet
wird und in einer Kardanwelle oder einer Antriebswelle eingebaut
ist, die zum Beispiel in einem Fahrzeug mit Vierradantrieb (4WD) oder
einem Fahrzeug mit Frontmotor und Hinterradantrieb (FR) benutzt
wird.
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Technischer Hintergrund
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In
einigen Fällen enthält eine in einem Automobil,
wie etwa einem 4WD-Fahrzeug oder einem FR-Fahrzeug, benutzte Kardanwelle
ein Universalgelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit vom Verschiebetyp,
genannt „Querrillengelenk” um einen Winkelversatz
zu bewältigen, der aus einer Veränderung bei der
relativen Position zwischen einer Kraftübertragung und
einem Differential herrührt.
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7 bis 10 stellen
ein Beispiel eines Universal-Querrillengelenks konstanter Winkelgeschwindigkeit
von einem Scheibentyp dar. Wie in den 7 und 8 dargestellt,
enthält dieses Universalgelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit
als Hauptbestandteil ein inneres Gelenkelement 101, ein äußeres
Gelenkelement 102, Kugeln 103 und einen Käfig 104.
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Das
innere Gelenkelement 101 hat eine äußere
periphere Fläche, in der eine Vielzahl von linearen Spurrillen 106 in
der axialen Richtung ausgebildet ist. Weiter ist eine Welle 107 mit
Keilpassung in ein Mittelloch 105 des inneren Gelenkelements 101 eingepasst,
und Drehmoment kann dank dieser Keilpassung zwischen der Welle 107 und
dem inneren Gelenkelement 101 übertragen werden.
Zu beachten ist, dass das Lösen der Welle 107 von
dem inneren Gelenkelement 101 durch einen Sprengring 108 verhindert
wird.
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Das äußere
Gelenkelement 102 ist entlang der äußeren
Peripherie des inneren Gelenkelements 101 positioniert
und hat eine innere periphere Fläche, in der lineare Spurrillen 109 in
axialer Richtung in derselben Anzahl ausgebildet sind wie diejenige
der Spurrillen 106 des inneren Gelenkelements 101.
Der Käfig 104 ist zwischen dem inneren Gelenkelement 101 und
dem äußeren Gelenkelement 102 angeordnet,
und die Kugeln 103 sind in Fächern 110 des
Käfigs 104 untergebracht.
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Die
Spurrillen 106 des inneren Gelenkelements 101 und
die Spurrillen 109 des äußeren Gelenkelements 102 bilden,
wie in 9 dargestellt (der Käfig 104 ist
nicht gezeigt), einen in entgegengesetzter Richtung bezüglich
einer axialen Linie L geneigten Winkel (Spurkreuzungswinkel α).
Die Kugeln 103 sind in sich kreuzenden Bereichen zwischen
den Spurrillen 106 (in 9 durch
durchgezogene Linien bezeichnet) des inneren Gelenkelements 101 und den
Spurrillen 109 (in 9 durch
strichpunktierte Linien bezeichnet) des äußeren
Gelenkelements 102 eingebaut, wobei die Spurrillen 106 und
die Spurrillen 109 miteinander gepaart sind. Weiter sind
die einander benachbarten Spurrillen 106 des inneren Gelenkelements 101 und
die einander benachbarten Spurrillen 109 des äußeren
Gelenkelements 102 angeordnet, während sie in
zueinander entgegengesetzten Richtungen bezüglich der axialen
Linie L um den Spurkreuzungswinkel α geneigt sind.
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10 ist
eine Schnittansicht, welche die Spurrillen 106 des inneren
Gelenkelements 101 und die Spurrillen 109 des äußeren
Gelenkelements 102 darstellt. Wie in 10 dargestellt,
ist die Querschnittsform der Spurrillen 106, 109 die
Form eines gotischen Bogens, der einen größeren
Krümmungsradius als der Radius der Kugeln 103 hat
und durch Räumen oder dergleichen ausgebildet ist. Die
Form eines gotischen Bogens ermöglicht es, dass die Spurrillen 106 des
inneren Gelenkelements 101 und die Spurrillen 109 des äußeren
Gelenkelements 102 jede der Kugeln 103 an zwei
Punkten P berühren, wodurch ein winkliger Kontakt erreicht
wird, der die Kugelkontaktwinkel β hat. In diesem Fall
bedeuten die Kugelkontaktwinkel β Winkel, die zwischen
Kugelkontakt-Mittelpunkten P, an denen die Kugel 103 und
die Spurrillen 106, 109 miteinander in Kontakt kommen,
und Rillengrund-Mittelpunkten Q der Spurrillen 106, 109 mit
Bezug auf einen Mittelpunkt Q jeder der Kugeln 103 gebildet
werden.
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Andererseits
ist an einem axialen Ende (linke Seite in 7) des äußeren
Gelenkelements 102 eine Endkappe 111 zum Verhindern
von Leckage des in das Gelenk gefüllten Schmiermittels
sowie von Eindringen von Fremdstoffen durch Verschrauben befestigt.
Weiter ist eine Abdichtungseinrichtung zwischen dem anderen axialen
Ende (rechte Seite in 7) des äußeren
Gelenkelements 102 und der Welle 107 angebracht.
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Die
Abdichtungseinrichtung umfasst eine Wellenmanschette 112 und
einen aus Metall bestehenden Manschettenadapter 113. Die
Wellenmanschette 112 hat einen kleinen Endbereich und einen großen
Endbereich und hat im mittleren Bereich eine V-förmig umgekantete
Form. Der Manschettenadapter 113 ist zu einer zylindrischen
Form ausgebildet und hat einen Flansch, der an dessen einem Ende ausgebildet
ist und auf die äußere periphere Fläche des äußeren
Gelenkelements 102 aufgepasst ist. Der Manschettenadapter 113 ist
zusammen mit der Endkappe 111 am äußeren
Gelenkelement 102 durch Verschrauben befestigt. Der kleine
Endbereich der Manschette 112 ist an der Welle 107 angebracht und
durch ein Manschettenband 114 festgeklemmt. Der große
Endbereich der Manschette 112 wird durch Bördeln
des Endbereichs des Manschettenadapters 113 gehalten.
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Dieses
Universalgelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit ist in der kein
Patent betreffenden Schrift 1 offengelegt. Die kein Patent
betreffende Schrift 1 beschreibt ein elementares Universal-Querrillengelenk
konstanter Winkelgeschwindigkeit, das vier oder mehr (im Allgemeinen
sechs) Kugeln 103 enthält. Jeder der Spurkreuzungswinkel α zwischen den
Spurrillen 106 des inneren Gelenkelements 101 und
den Spurrillen 109 des äußeren Gelenkelements 102 ist
ausgelegt, ein solcher Winkel zu sein, dass die einander gegenüberstehenden
Spurrillen 106, 109, wenn das Universalgelenk
konstanter Winkelgeschwindigkeit den maximalen Arbeitswinkel bildet, nicht
parallel zueinander sind (im Allgemeinen 13 bis 19°). Weiter
sind die Rillendurchmesser der Spurrillen 106, 109,
die einen Querschnitt eines gotischen Bogens haben, so festgelegt,
dass sie 1,01- bis 1,04-mal größer sind als der
Durchmesser der Kugeln, und die Kugelkontaktwinkel β sind
auf 30 bis 45° festgelegt.
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Weiter
haben bei dem oben erwähnten Universal-Querrillengelenk
konstanter Winkelgeschwindigkeit die Spurkreuzungswinkel α zwischen
den Spurrillen 106 des inneren Gelenkelements 101 und den
Spurrillen 109 des äußeren Gelenkelements 102 eine
Beziehung zu einem Gleithub des Gelenks. Es ist effektiv, die Spurkreuzungswinkel α zu
reduzieren, um dessen Hubbetrag zu erhöhen.
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Jedoch
wird, wenn die Spurkreuzungswinkel α zum Erhöhen
des Gleithubs des Gelenks reduziert werden, der maximale Arbeitswinkel
als Universalgelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit klein. Der maximale
Arbeitswinkel bezieht sich auf einen Winkel, bei dem das maximale
Drehmoment angewandt wird, wenn das Gelenk angewinkelt wird, ohne
gedreht zu werden, und dann in den Zustand vor dem Anwinkeln zurückgebracht
wird. Schlimmstenfalls tritt ein Phänomen auf, dass das
Gelenk beim Bilden des Winkels nicht in den vorherigen Zustand zurückkehrt und
hängen bleibt. Das Hängenbleiben während
des Anwinkelns wird zu einem Problem bei der Montage des Universalgelenks
konstanter Winkelgeschwindigkeit bezüglich des Automobils.
Das heißt, bei der Montage des Universalgelenks konstanter
Winkelgeschwindigkeit am Automobil ist der Vorgang notwendig, das
Gelenk in den früheren Zustand zurückzubringen,
nachdem es einmal angewinkelt wurde. Daher ist, wenn der Betriebswinkel
klein ist und das Hängenbleiben während des Anwinkelns
auftritt, die Effizienz beim Montagevorgang des Universalgelenks
konstanter Winkelgeschwindigkeit bezüglich des Automobils
niedrig.
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Die
Patentschrift 1 legt Maßnahmen offen, um zu verhindern,
dass der maximale Betriebswinkel des Gelenks reduziert wird, und
um den Gleithub zu erhöhen, indem die Spurkreuzungswinkel α der
Spurrillen 106, 109 auf 10 bis 15° festgelegt
werden und die Anzahl der Kugeln 103 auf zehn festgelegt
wird.
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Das
heißt, bei dem Universal-Querrillengelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit
werden, wenn sich die Kugeln 103 in einer bestimmten Phase befinden
und der Arbeitswinkel erhöht wird, an den Kreuzungsbereichen
zwischen den Spurrillen 106 des inneren Gelenkelements 101 und
den Spurrillen 109 des äußeren Gelenkelements 102 gebildete
Keilwinkel umgekehrt, wodurch die von den Kugeln 103 auf
den Käfig 104 ausgeübte Kraft unausgeglichen wird,
und daher der Käfig 104 instabil wird.
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Wenn
die Spurkreuzungswinkel α der Spurrillen 106, 109 reduziert
werden, tritt das oben erwähnte Phänomen merkbar
im Falle der Verwendung von sechs oder weniger Kugeln 103 auf.
Jedoch wird im Fall der Verwendung von zehn Kugeln 103,
selbst wenn die Spurkreuzungswinkel α reduziert werden, der
Käfig 104 bis zu einem bestimmten Wert stabil angetrieben.
Dies ist der Fall, weil die Antriebskraft der Kugeln 103,
bei denen die Keilwinkel umgekehrt sind, durch die anderen Kugeln 103 geteilt
wird, sodass der Antrieb des Käfigs 104 stabilisiert
wird.
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Kein
Patent betreffende Schrift 1: Handbuch Universalgelenke und Antriebswellen
Abschnitt 3.2.12 „Universal-Querrillengelenk”
- Patentschrift 1: JP
2006-266423 A
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Offenlegung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösendes
Problem
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Im Übrigen
erhöhen höhere Laufleistung und höhere
Funktionalität von Automobilen in den letzten Jahren den
Bedarf an einer Reduzierung von Gewicht und Größe
des Universalgelenks konstanter Winkelgeschwindigkeit. Daher werden
die Bauteile, aus denen das Universalgelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit
besteht, in angemessen in der Größe reduzierten
Formen ausgebildet, ohne ihre Funktionen zu verschlechtern.
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Wenn
jedoch das Universalgelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit weiter
in Gewicht und Größe reduziert werden soll, wächst
die Kontaktkraft zwischen Bauteilen, und die Haltbarkeit wird durch übermäßige
Wärmeerzeugung reduziert. Im Aufbau des Universal-Querrillengelenks
konstanter Winkelgeschwindigkeit gehören zu Kontaktbereichen,
deren Schmierungsfähigkeit die Haltbarkeit beeinflusst, zwischen
den Bauteilen die Kontaktbereiche X zwischen den Kugeln 103 und
den Spurrillen 106 des inneren Gelenkelements 101,
Kontaktbereiche Y zwischen den Kugeln 103 und den Spurrillen 109 des äußeren
Gelenkelements 102 und Kontaktbereiche Z zwischen den Kugeln 103 und
den Fächern 110 des Käfigs 104 (siehe 7).
An den Kontaktbereichen X, Y und Z bezüglich der Kugeln 103 erhöht
sich die Kontaktkraft wegen der Reduzierung bei Gewicht und Größe
des Universalgelenks konstanter Winkelgeschwindigkeit wie oben beschrieben,
und daher bestehen Befürchtungen, dass sich die Haltbarkeit wegen übermäßiger
Wärmeerzeugung verringert.
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben erwähnten
Probleme gemacht, und ein Ziel davon ist es daher, ein Universalgelenk
konstanter Winkelgeschwindigkeit vom Verschiebetyp bereitzustellen,
das in der Lage ist, leicht eine Reduzierung bei Gewicht und Größe
und eine Erhöhung der Haltbarkeit zu erreichen, selbst
wenn sich die Kontaktkraft an den Kontaktbereichen bezüglich
der Kugeln erhöht.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Als
technisches Mittel zum Erreichen des oben erwähnten Ziels
gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Universalgelenk
konstanter Winkelgeschwindigkeit vom Verschiebetyp bereitgestellt,
das umfasst: ein inneres Gelenkelement, das eine äußere
periphere Fläche hat, in der eine Vielzahl von linearen
Spurrillen in axialer Richtung ausgebildet ist, die bezüglich
einer axialen Linie geneigt sind; ein äußeres
Gelenkelement, das eine innere periphere Fläche hat, in
der eine Vielzahl von linearen Spurrillen in axialer Richtung ausgebildet
ist, die bezüglich der axialen Linie in einer Richtung
entgegengesetzt derjenigen der Spurrillen des inneren Gelenkelements
geneigt sind, und ein Inneres hat, das mit einem Schmiermittel gefüllt
ist; Kugeln, die in jeweiligen Kreuzungsbereichen zwischen den Spurrillen
des inneren Gelenkelements und den Spurrillen des äußeren
Gelenkelements eingebaut sind; und einen Käfig, der zwischen
der äußeren peripheren Fläche des inneren
Gelenkelements und der inneren peripheren Fläche des äußeren
Gelenkelements angeordnet ist, zum Halten der Kugeln in derselben
Ebene, in der wahllos eine große Anzahl von winzigen Vertiefungen
in Oberflächen der Kugeln ausgebildet ist.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist wahllos eine große Anzahl
von winzigen Vertiefungen in den Oberflächen der Kugeln
ausgebildet. Selbst wenn sich während der Drehung des Gelenks
die Kontaktkraft an Kontaktbereichen zwischen den Kugeln und den
Spurrillen sowie Kontaktbereichen zwischen den Kugeln und Fächern
des Käfigs erhöht, wird daher das in eine große
Anzahl von winzigen Vertiefungen in den Oberflächen der
Kugeln eintretende Schmiermittel in Kontaktgrenzflächen
an den Kontaktbereichen bezüglich der Kugeln eingebracht,
wodurch eine ausreichende Ölfilmschicht gebildet werden kann.
Als Ergebnis kann die an den Kontaktbereichen bezüglich
der Kugeln erzeugte Reibung reduziert werden, und daher kann die
Haltbarkeit verbessert werden, ohne übermäßige
Wärme zu erzeugen.
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Zu
beachten ist, dass ein Reibkoeffizient des oben erwähnten
Schmiermittels vorzugsweise auf 0,070 oder weniger festgelegt wird.
Weiter ist es wünschenswert, dass ein Harnstoffschmierfett
als Schmiermittel benutzt wird, das eine Konsistenzklasse von 0
bis 2 hat. Die Verwendung eines solchen Schmiermittels ermöglicht
die effektive Reduzierung der an den Kontaktbereichen bezüglich
der Kugeln erzeugten Reibung.
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Weiter
ist es wünschenswert, die Oberflächenrauheit der
Kugeln, in denen eine große Anzahl von winzigen Vertiefungen
ausgebildet ist, auf Ra 0,03 bis 0,6 µm, vorzugsweise Ra
0,05 bis 0,15 µm, festzulegen, einen Parameter SK-Wert
der Oberflächenrauheit der Kugeln auf –1,0 oder
weniger, vorzugsweise –4,9 bis –1,0, festzulegen
und ein Verhältnis einer Gesamtfläche der winzigen
Vertiefungen zur Oberfläche der Kugeln auf 10 bis 40% festzulegen.
Das Einstellen der oben genannten Werte ermöglicht es dem
Schmiermittel, gemäßigt in die winzigen Vertiefungen
der Kugeloberflächen einzudringen, um dort gehalten zu
werden und dadurch die Bildung von Ölfilmschichten zu erleichtern,
die durch das Schmiermittel an den Kontaktbereichen bezüglich
der Kugeln ausgebildet werden. Als Ergebnis ist es möglich,
die an den Kontaktbereichen bezüglich der Kugeln erzeugte
Reibung effektiv zu reduzieren.
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Es
ist zu beachten, dass es wünschenswert ist, dass die Anzahl
der Kugeln, der Spurrillen des äußeren Gelenkelements
und der Spurrillen des inneren Gelenkelements jeweils zehn ist.
Bei dieser Anzahl wird die Effizienz beim Montagevorgang des Universalgelenks
konstanter Winkelgeschwindigkeit bezüglich Automobilen
verbessert. Als Ergebnis wird der Antrieb des Käfigs stabilisiert,
selbst wenn die Spurkreuzungswinkel reduziert werden, und daher kann
die Funktionsfähigkeit des Universalgelenks konstanter
Winkelgeschwindigkeit verbessert werden.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist eine große Anzahl von winzigen
Vertiefungen wahllos in den Oberflächen der Kugeln ausgebildet,
und daher wird die Ölfilmschicht leicht durch das Schmiermittel an
den Kontaktbereichen bezüglich der Kugeln gebildet, wodurch
die Schmierungsfähigkeit an den Kontaktbereichen bezüglich
der Kugeln verbessert wird. Als Ergebnis wird die Reibung an den
Kontaktbereichen bezüglich der Kugeln reduziert, wodurch
die Effizienz bei der Drehmomentübertragung verbessert werden
kann. Weiter kann die Rollermüdungs-Lebensdauer der Kugeln
und der Spurrillen verlängert werden. Als Ergebnis ist
es möglich, die Haltbarkeit des Universalgelenks konstanter
Winkelgeschwindigkeit zu verbessern.
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Beste Ausführungsweise der Erfindung
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1 bis 4 stellen
ein Beispiel eines Universal-Querrillengelenks konstanter Winkelgeschwindigkeit
von einem Scheibentyp gemäß einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung dar. Die vorliegende Erfindung ist auch
auf ein Universal-Querrillengelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit
nicht nur vom Scheibentyp, sondern auch von einem Flanschtyp oder
einem Glockentyp anwendbar.
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Weiter
wird das Universal-Querrillengelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit
grob in zwei Typen eingeteilt, die umfassen: einen schwimmenden Typ,
bei dem der minimale innere Durchmesser eines Käfigs 4 so
festgelegt ist, dass er kleiner ist als der maximale äußere
Durchmesser eines inneren Gelenkelements 1, sodass ein
Betrag des axialen Versatzes aufgrund der Beeinflussung zwischen
der inneren peripheren Fläche des Käfigs 4 und
der äußeren peripheren Fläche des inneren
Gelenkelements 1 geregelt wird; und einen nicht schwimmenden
Typ, bei dem der minimale innere Durchmesser des Käfigs 4 so
festgelegt ist, dass er größer ist als der maximale äußere
Durchmesser des inneren Gelenkelements 1, sodass der Betrag
des axialen Versatzes aufgrund der Beeinflussung zwischen Kugeln 3 und dem
Pfostenbereich des Käfigs 4, einer Endkappe 11 und
einem Manschettenadapter 13 geregelt wird. (Wenn sich ein
Winkel bildet, können die innere periphere Fläche
des Käfigs 4 und die äußere
periphere Fläche des inneren Gelenkelements 1 einander
beeinflussen.) Beide Typen werden wahlweise gemäß Eigenschaften
(Gleitbetrag, Lastkapazität und dergleichen) eines Fahrzeugs
verwendet, für das eine Kardanwelle oder eine Antriebswelle
bereitgestellt wird. Bei dieser Ausführung wird beispielhaft
der schwimmende Typ gezeigt, aber die vorliegende Erfindung ist
auch auf den nicht schwimmenden Typ anwendbar.
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Wie
in den 1 und 2 dargestellt, enthält
das Universalgelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit gemäß dieser
Ausführung als Hauptbestandteile ein inneres Gelenkelement 1,
ein äußeres Gelenkelement 2, Kugeln 3 und
einen Käfig 4.
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Das
innere Gelenkelement 1 hat eine äußere periphere
Fläche, in der eine Vielzahl von linearen Spurrillen 6 in
axialer Richtung ausgebildet sind. Weiter ist eine Welle 7 mit
Keilpassung in ein Mittelloch 5 des inneren Gelenkelements 1 eingepasst,
und Drehmoment kann dank dieser Keilpassung zwischen dem inneren
Gelenkelement 1 und der Welle 7 übertragen
werden. Zu beachten ist, dass das Lösen der Welle 7 von
dem inneren Gelenkelement 1 durch einen Sprengring 8 verhindert
wird.
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Das äußere
Gelenkelement 2 ist entlang der äußeren
Peripherie des inneren Gelenkelements 1 positioniert und
hat eine innere periphere Fläche, in der lineare Spurrillen 9 in
axialer Richtung in derselben Anzahl ausgebildet sind wie diejenige
der Spurrillen 6 des inneren Gelenkelements 1.
Der Käfig 4 ist zwischen dem inneren Gelenkelement 1 und
dem äußeren Gelenkelement 2 angeordnet,
und die Kugeln 3 sind in Fächern 10 des
Käfigs 4 untergebracht.
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Die
Spurrillen 6 des inneren Gelenkelements 1 und
die Spurrillen 9 des äußeren Gelenkelements 2 bilden,
wie in 3 dargestellt (der Käfig 4 ist
nicht gezeigt), einen Winkel in entgegengesetzter Richtung bezüglich
einer axialen Linie L (Spurkreuzungswinkel α). Die Kugeln 3 sind
in sich kreuzenden Bereichen zwischen den Spurrillen 6 (in 3 durch durchgezogene
Linien bezeichnet) des inneren Gelenkelements 1 und den
Spurrillen 9 (in 3 durch strichpunktierte
Linien bezeichnet) des äußeren Gelenkelements 2 eingebaut,
wobei die Spurrillen 6 und die Spurrillen 9 miteinander
gepaart sind. Weiter sind die einander benachbarten Spurrillen 6 des
inneren Gelenkelements 1 und die einander benachbarten Spurrillen 9 des äußeren
Gelenkelements 2 angeordnet, während sie in zueinander
entgegengesetzten Richtungen bezüglich der axialen Linie
L um den Kreuzungswinkel α geneigt sind.
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4 ist
eine Schnittansicht, welche die Spurrillen 6 des inneren
Gelenkelements 1 und die Spurrillen 9 des äußeren
Gelenkelements 2 darstellt. Wie in 4 dargestellt,
ist die Querschnittsform der Spurrillen 6, 9 die
Form eines gotischen Bogens, der einen größeren
Krümmungsradius als der Radius der Kugeln 3 hat
und durch Räumen oder dergleichen ausgebildet ist. Die
Spurrillen 6 des inneren Gelenkelements 1 und
die Spurrillen 9 des äußeren Gelenkelements 2 berühren
jede der Kugeln 3 an zwei Punkten P, wodurch ein winkliger
Kontakt erreicht wird, der die Kugelkontaktwinkel β hat.
In diesem Fall bedeuten die Kugelkontaktwinkel β Winkel,
die zwischen Kugelkontakt-Mittelpunkten P, an denen die Kugel 3 und
die Spurrillen 6, 9 in Kontakt miteinander kommen,
und Rillengrund-Mittelpunkten Q der Spurrillen 6, 9 mit
Bezug auf einen Mittelpunkt Q jeder der Kugeln 3 gebildet
werden.
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Die
Anzahl der Kugeln 3, der Spurrillen des äußeren
Gelenkelements 2 und der Spurrillen des inneren Gelenkelements 1 ist
jeweils zehn. Durch Festlegen der Anzahl der Kugeln 3,
der Spurrillen des äußeren Gelenkelements 2 und
der Spurrillen des inneren Gelenkelements 1 auf zehn kann
die Effizienz beim Montagevorgang des Universalgelenks konstanter
Winkelgeschwindigkeit in einem Automobil verbessert werden. Deshalb
wird der Antrieb des Käfigs 4 stabilisiert, selbst
wenn der Spurkreuzungswinkel α klein wird, und daher kann
die Funktionsfähigkeit des Universalgelenks konstanter
Winkelgeschwindigkeit verbessert werden.
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Andererseits
ist an einem axialen Ende (linke Seite in 1) des äußeren
Gelenkelements 2 eine Endkappe 11 zum Verhindern
von Leckage des in das Gelenk gefüllten Schmiermittels
sowie von Eindringen von Fremdstoffen durch Verschrauben befestigt.
Weiter ist eine Abdichtungseinrichtung zwischen dem anderen axialen
Ende (rechte Seite in 1) des äußeren
Gelenkelements 2 und der Welle 7 angebracht.
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Die
Abdichtungseinrichtung umfasst eine Wellenmanschette 12 und
einen aus Metall bestehenden Manschettenadapter 13. Die
Wellenmanschette 12 hat einen kleinen Endbereich und einen großen
Endbereich und hat im mittleren Bereich eine V-förmig umgekantete
Form. Der Manschettenadapter 13 ist zu einer zylindrischen
Form ausgebildet und hat einen Flansch, der an dessen einem Ende
geformt ist und auf die äußere periphere Fläche
des äußeren Gelenkelements 2 aufgepasst
ist. Der Manschettenadapter 13 ist zusammen mit der Endkappe 11 am äußeren
Gelenkelement 2 durch Verschrauben befestigt. Der kleine
Endbereich der Manschette 12 ist an der Welle 7 angebracht
und durch ein Manschettenband 14 festgeklemmt. Der große
Endbereich der Manschette 12 wird durch Bördeln
des Endbereichs des Manschettenadapters 13 gehalten.
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Wie
in 1 dargestellt, ist das, was zur Verbesserung der
Haltbarkeit beiträgt, die Reduzierung der Reibung an den
Kontaktbereichen X zwischen den Kugeln 3 und den Spurrillen 6 des
inneren Gelenkelements 1, am Kontaktbereich Y zwischen
den Kugeln 3 und den Spurrillen 9 des äußeren
Gelenkelements 2 und am Kontaktbereich Z zwischen den Kugeln 3 und
den Fächern 10 des Käfigs 4 (nachstehend
als Kontaktbereiche X, Y, Z bezüglich der Kugeln 3 bezeichnet).
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In
diesem Fall ist es notwendig, um die Reibung an den Kontaktbereichen
X, Y, Z bezüglich der Kugeln 3 zu reduzieren,
eine ausreichende Ölfilmschicht auszubilden, um einen Reibungskoeffizienten zu
reduzieren. Jedoch wirkt während der Drehmomentübertragung
eine große Kraft auf die Kontaktbereiche X, Y, Z bezüglich
der Kugeln 3, und daher besteht die Befürchtung,
dass sich die ausreichende Ölfilmschicht wegen des Kontaktdrucks
nicht ausbildet.
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Demgemäß ist
es effektiv, Reibung zu unterdrücken, die durch Gleiten
an den Kontaktbereichen X, Y, Z bezüglich der Kugeln 3 erzeugt
wird, um die Haltbarkeit durch Durchführen von Oberflächenbehandlung
an den Kontaktbereichen X, Y, Z bezüglich der Kugeln 3 zu
verbessern, sodass ein Schmiermittel leicht darin eingebracht wird,
um eine besser zufriedenstellende Ölfilmschicht zu bilden.
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Angesichts
dessen wird wahllos eine große Anzahl von winzigen Vertiefungen 21 (siehe 1)
in den Oberflächen der Kugeln 3 ausgebildet, und
die Oberflächenrauheit (arithmetischer Mittenrauwert) der
Kugeln 3 wird auf Ra 0,03 bis 0,6 µm, weiter vorzugsweise
Ra 0,05 bis 0,15 µm, festgelegt. Weiter wird das Verhältnis
der Gesamtfläche der winzigen Vertiefungen 21 zur
Oberfläche der Kugeln 3 auf 10 bis 40 festgelegt.
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Weiter
wird ein Parameter SK-Wert der Oberflächenrauheit der Kugeln 3 auf –4,9
bis –1,0 festgelegt. In diesem Fall stellt der SK-Wert
die Schiefe einer Verteilungskurve der Oberflächenrauheit
dar, das heißt, einen Wert, der die Relativität
der Amplitudenverteilungskurve der Konkavität und Konvexität
bezüglich der Mittelwertlinie der Oberflächenrauheit.
Der SK-Wert wird durch die folgende Formel dargestellt. SK = ∫ (x – x0)3·P(x)dx/σ3 wobei
x darstellt: Höhe der Rauheit, x0:
Mittelwert der Höhe der Rauheit, P(x): Frequenzfunktion
der Rauheitsamplitude und σ: quadratische Rauheit.
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Der
Parameter SK-Wert wird positiv, wenn Spitzen der Amplitudenverteilungskurve
größer bezüglich der Mittelwertlinie
der Oberflächenrauheit sind, er wird gleich Null, wenn
Spitzen und Täler einander gleich sind und er wird zu einem
negativen Wert, wenn die Täler größer
als die Spitzen sind. Daher wird der Parameter SK-Wert der Oberflächenrauheit
der Kugeln 3, in denen eine große Anzahl von winzigen
Vertiefungen 21 ausgebildet sind, zu einem negativen Wert.
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Die
durch numerisches Begrenzen des SK-Werts der Kugeln 3,
der Oberflächenrauheit Ra und des Gesamt-Flächenverhältnisses
der winzigen Vertiefungen 21 erhaltenen Werte stellen einen
Bereich dar, der sich auf die Ausbildung der Ölfilmschicht
des Schmiermittels auf den Oberflächen der Kugeln 3 auswirkt.
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Das
heißt, wenn die Oberflächenrauheit (arithmetisches
Mittel der Rauheit) der Kugeln 3 kleiner ist als Ra 0,03 µm,
wird die Tiefe der winzigen Vertiefungen 21 flach, und
das Schmiermittel wird nicht in die winzigen Vertiefungen 21 eingebracht, und
daher kann der Effekt der Verbesserung der Haltbarkeit nicht erhalten
werden. Wenn sie dagegen größer ist als Ra 0,6 µm,
wird die Haltbarkeit der gepaarten Elemente bezüglich der
Kugeln 3 an den Kontaktbereichen reduziert. Weiter wird,
wenn das Verhältnis der Gesamtfläche der winzigen
Vertiefungen 21 zur Oberfläche der Kugeln 3 kleiner
als 10% ist, die Anzahl an winzigen Vertiefungen 21 reduziert, und
die Bildung der ausreichenden Ölfilmschicht wird schwierig,
und daher kann der Effekt der Verbesserung der Haltbarkeit nicht
erreicht werden. Wenn es dagegen größer als 40%
ist, wird die effektive Kontaktfläche mit den gepaarten
Elementen reduziert, und daher ist der Effekt der Verbesserung der
Haltbarkeit klein. Weiter wird, wenn der Parameter SK-Wert der Oberflächenrauheit
der Kugeln 3 kleiner als –4,9 ist, die Fläche
der Vertiefungen mit Blick auf die Verarbeitungsbedingungen erhöht,
und die effektive Kontaktfläche wird reduziert, und daher
ist der Effekt der Verbesserung der Haltbarkeit klein. Wenn er dagegen
größer als –1,0 ist, wird die Tiefe der
winzigen Vertiefungen 21 flach, und das Schmiermittel wird
nicht in die winzigen Vertiefungen eingebracht, und daher kann der
Effekt der Verbesserung der Haltbarkeit nicht erhalten werden.
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Die
Messung der Oberflächenrauheit Ra, des SK-Werts und des
Gesamt-Flächenverhältnisses der winzigen Vertiefungen
21 wird
an den Oberflächen der Kugeln an sechs um ungefähr
90° voneinander getrennten Punkten durchgeführt,
und Auswertung und Bestimmung erfolgen auf Grundlage ihres Mittelwerts.
Die Bestimmung des effektiven Bereichs beruht ebenfalls auf diesem
Verfahren. Zur quantitativen Messung der winzigen Vertiefungen
21 wird
die Messung durch die Einrichtung durchgeführt, die den
in
5 dargestellten Aufbau hat. Das Erfassungsverfahren
umfasst das Setzen einer Kugel auf eine Positionierungseinrichtung,
Vergrößern der Oberfläche der Kugel mit
einem Mikroskop und Aufnehmen eines Bildes davon mit einer CCD-Kamera
in einer Bildverarbeitungseinrichtung, die aus einer Bildanalyseeinrichtung
und einem Personal Computer besteht. Die Analyse wird auf der Basis
durchgeführt, dass weiße Bereiche des Bildes Bereiche
mit flacher Oberfläche und schwarze Bereiche davon vertiefte Bereiche
sind. Die schwarzen Bereiche des Bildes werden als die vertieften
Bereiche betrachtet, und ihre Größe und Verteilung
werden berechnet, und das Oberflächenverhältnis
wird erhalten, wodurch die Auswertung durchgeführt wird.
Das detaillierte Verfahren der Oberflächenuntersuchung
ist in
JP 2001-183124
A offengelegt.
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Die
Messung der Oberflächenrauheit und des SK-Werts wird unter
Verwendung einer Messeinrichtung Form Talysurf (hergestellt durch
Taylor Hobson) durchgeführt. Messbedingungen werden wie folgt
festgelegt: Begrenzungstyp; Gaußsch, Messlänge;
5λ, Begrenzungszahl: 6, Begrenzungswellenlänge;
0,25 mm, Mess-Vergrößerungsverhältnis; 10000-fach
und Messgeschwindigkeit; 0,30 mm/s. Es ist zu beachten, dass das
Verfahren des Ausbildens einer großen Anzahl von winzigen
Vertiefungen 21 in den Oberflächen der Kugeln 3 ein
spezielles Trommelpolieren umfasst. Jedoch kann die Oberflächenbearbeitung
abweichend davon durch Kugelstrahlbearbeitung und dergleichen durchgeführt
werden.
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Weiter
ist als Schmiermittel ein solches wünschenswert, das einen
niedrigen Reibungskoeffizienten hat. Zum Beispiel ist das Schmiermittel
wünschenswert, bei dem der obere Grenzwert des Reibungskoeffizienten
0,07 ist, wenn er mit eine Reibungsverschleiß-Prüfmaschine
vom Savan-Typ gemessen wird. In diesem Fall erhält man
die Reibungsverschleiß-Prüfmaschine vom Savan-Typ,
wie in 6 dargestellt, indem man eine Stahlkugel 32 von
1/4 Zoll in Kontakt mit einem Drehring 31 mit einem Durchmesser
40 mm und der Dicke 4 mm bringt. Beim Messen des Reibungskoeffizienten
wird der Drehring 31 bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 108
m/min gedreht, die Belastung von 12,7 N wird aufgelegt, das Schmiermittel
wird der Oberfläche des Drehrings 31 durch Vermittlung
eines Schwamms 33 von einem unteren Ende des Drehrings 31 zugeführt, und
die Bewegung eines Luft-Gleitbocks 34, der die Stahlkugel 32 trägt,
wird durch eine Kraftmesszelle 35 erfasst, um dadurch die
Messung des Reibungskoeffizienten durchzuführen.
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Ein
spezielles Beispiel des Schmiermittels umfasst ein Harnstoffschmierfett.
Die Konsistenzklasse des Harnstoffschmierfetts beträgt
0 bis 2. Es ist zu beachten, dass der Abdichtungsaufbau kompliziert
wird, wenn die Konsistenzklasse kleiner als 0 ist. Daher ist es
beim Einsatz bei hoher Drehzahl wahrscheinlich, dass wegen der Zentrifugalkraft
Schmiermittelmangel auftritt. Weiter ist es schwierig, wenn sie größer
als 2 ist, das Schmiermittel einzubringen, und daher wird der Kontaktwiderstand
groß, was zu Drehmomentverlust führt.
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Selbst
wenn die Kontaktkraft an den Kontaktbereichen X, Y, Z bezüglich
der Kugeln 3 während der Drehung des Gelenks groß wird,
wird das in eine große Anzahl von winzigen Vertiefungen 21 in
den Oberflächen der Kugeln 3 eintretende Schmiermittel in
die Kontaktgrenzfläche an den Kontaktbereichen X, Y, Z
bezüglich der Kugeln 3 eingebracht, wodurch eine
ausreichende Ölfilmschicht gebildet werden kann. Als Ergebnis
wird die Schmierfähigkeit an den Kontaktbereichen X, Y,
Z bezüglich der Kugeln 3 verbessert, wodurch Reibung
an den Kontaktbereichen X, Y, Z bezüglich der Kugeln 3 reduziert
werden kann, um den Wirkungsgrad beim Übertragen des Drehmoments
zu verbessern. Weiter kann die Rollermüdungs-Lebensdauer
der Kugeln 3 und der Spurrillen 6, 9 verlängert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben erwähnte Ausführung
beschränkt und kann gemäß verschiedenen
Ausführungen hergestellt werden, ohne vom Kern der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist
durch den Umfang der Ansprüche festgelegt und umfasst den
Sinn von im Umfang der Ansprüche beschriebenen Äquivalenten
und Abänderungen in deren Umfang.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht eines Universalgelenks konstanter Winkelgeschwindigkeit
vom Verschiebetyp gemäß einer Ausführung
der vorliegenden Erfindung und stellt den Aufbau eines Hauptbereichs
eines Universal-Querrillengelenks konstanter Winkelgeschwindigkeit
vom Scheibentyp dar;
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2 ist
eine Seitenansicht, die ein äußeres Gelenkelement,
ein inneres Gelenkelement, Kugeln und einen Käfig von 1 darstellt;
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3 ist
eine teilweise Vorderansicht, die einen Spurkreuzungswinkel α im
inneren Gelenkelement und im äußeren Gelenkelement
von 2 darstellt;
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4 ist
eine Schnittansicht, welche die Spurrillen des inneren Gelenkelements
und des äußeren Gelenkelements und die Kugeln
von 2 zeigt, dargestellt an einer mittleren Position
in der axialen Richtung;
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5 ist
eine schematische Ansicht einer Messeinrichtung, die eine quantitative
Messung einer großen Anzahl von winzigen Vertiefungen durchführt, die
in den Kugeln ausgebildet sind;
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6 ist
eine schematische Ansicht einer Reibungsverschleiß-Prüfmaschine
vom Savan-Typ;
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7 ist
eine Schnittansicht eines Universalgelenks konstanter Winkelgeschwindigkeit
vom Verschiebetyp gemäß einem herkömmlichen
Beispiel und stellt den Aufbau eines Hauptbereichs eines Universal-Querrillengelenks
konstanter Winkelgeschwindigkeit vom Scheibentyp dar;
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8 ist
eine Seitenansicht, die ein äußeres Gelenkelement,
ein inneres Gelenkelement, Kugeln und einen Käfig aus 7 darstellt;
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9 ist
eine teilweise Vorderansicht, die einen Spurkreuzungswinkel α des
inneren Gelenkelements und des äußeren Gelenkelements
von 8 darstellt; und
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10 ist
eine Schnittansicht, welche die Spurrillen des inneren Gelenkelements
und des äußeren Gelenkelements und die Kugeln
von 8 zeigt, dargestellt an einer mittleren Position
in der axialen Richtung.
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- 1
- inneres
Gelenkelement
- 2
- äußeres
Gelenkelement
- 3
- Kugel
- 4
- Käfig
- 6,
9
- Spurrille
- 21
- winzige
Vertiefung
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Zusammenfassung
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Um
leicht eine Reduzierung bei Gewicht und Größe
und eine Erhöhung der Haltbarkeit zu erreichen, selbst
wenn sich die Kontaktkraft an den Kontaktbereichen bezüglich
der Kugeln erhöht. Ein Universalgelenk konstanter Winkelgeschwindigkeit
vom Verschiebetyp umfasst: ein inneres Gelenkelement (1),
das eine äußere periphere Fläche hat,
in der eine Vielzahl von linearen Spurrillen (6) in axialer
Richtung ausgebildet ist, die bezüglich einer axialen Linie
geneigt sind; ein äußeres Gelenkelement (2),
das eine innere periphere Fläche hat, in der eine Vielzahl
von linearen Spurrillen (9) in axialer Richtung ausgebildet ist,
die bezüglich der axialen Linie in einer Richtung entgegengesetzt
derjenigen der Spurrillen (6) des inneren Gelenkelements
(1) geneigt sind, und ein Inneres hat, das mit einem Schmiermittel
gefüllt ist; Kugeln (3), die in jeweiligen Kreuzungsbereichen
zwischen den Spurrillen (6) des inneren Gelenkelements (1)
und den Spurrillen (9) des äußeren Gelenkelements
(2) eingebaut sind; und einen Käfig (4),
der zwischen der äußeren peripheren Fläche
des inneren Gelenkelements (1) und der inneren peripheren Fläche
des äußeren Gelenkelements (2) angeordnet ist,
zum Halten der Kugeln (3) in derselben Ebene, in der wahllos
eine große Anzahl von winzigen Vertiefungen (21)
in Oberflächen der Kugeln (3) ausgebildet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006-266423
A [0016]
- - JP 2001-183124 A [0044]