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Die
Erfindung befaßt
sich allgemein mit einer reversiblen Rotorpumpe mit innenverzahntem
Rotor zum Einsatz bei einer Antriebsstrang-Unterbaugruppe, wie einem
Differentialgetriebe oder einem Drehmomentverteilergetriebe, und
insbesondere befaßt sich
die Erfindung mit einer Antriebsstrang-Unterbaugruppe, welche die
reversible Rotorpumpe enthält. Die
Pumpe umfaßt
eine Sperrfedereinrichtung, welche um den äußeren Rotor der Pumpe angeordnet ist,
um eine positive Drehung des Exzenterrings bzw. des Zentrierrings
bei einer Richtungsänderung
der Drehbewegung des äußeren Rotors
der Pumpe sicherzustellen.
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Rotorpumpen
mit innenverzahntem Rotor und eine reversible Ausführungsform
hiervon sind an sich bekannt und werden bei zahlreichen Anwendungsfällen auf
dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik bei Antriebsstrang-Unterbaugruppen
eingesetzt. Im allgemeinen umfaßt
die Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor zwei Komponenten – einen
inneren Rotor und einen äußeren Rotor.
Der innere Rotor hat einen Zahn weniger als der äußere Rotor, und er hat eine
Mittellinie, welche mit einer festen Exzentrizität von der Mittellinie des äußeren Elementes
angeordnet ist. Alle Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor haben
das gemeinsame Grundprinzip, gemäß welchem
ein Zahn weniger an dem inneren Antriebselement vorgesehen ist.
Entsprechend zugeordnet beschaffene Zahnprofile halten ständig einen
fluiddichten Kontakt zwischen den inneren und äußeren Rotoren während des
Betriebs. Wenn die Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor eine Umlaufbewegung ausführt, wird
Flüssigkeit
in eine größer werdende Kammer
eingesaugt, welche von dem fehlenden Zahn gebildet wird, und zwar
bis zu einem maximalen Volumen, welches gleich jenem des fehlenden
Zahns an dem inneren Element ist. Die Flüssigkeit wird ausgestoßen, wenn
die Zähne
der inneren und äußeren Rotoren
wiederum in Kämmeingriff
kommen, wodurch das Kammervolumen verkleinert wird. Bei einigen
Anwendungsfällen
kann die Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor derart ausgelegt sein,
daß der äußere Rotor
zur Ausführung
einer Drehbewegung mit einer ersten Welle verbunden ist, und der
innere Rotor zur Ausführung
einer Drehbewegung mit einer zweiten Welle verbunden ist. Bei einer
solchen Auslegungsform wird Fluid durch die Pumpe nur dann verdrängt, wenn
die ersten und zweiten Wellen sich mit unterschiedlichen Drehzahlen
relativ zueinander drehen, wodurch eine Differentialdrehbewegung
der inneren und äußeren Rotoren
relativ zueinander erzeugt wird.
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Bei
einer üblichen
Anwendungsform der Rotorpumpen mit innenverzahntem Rotor bei Antriebsstrang-Unterbaugruppen
wird die Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor eingesetzt, um einen
Fluiddruck zur Betätigung
einer Kupplungsanordnung in Abhängigkeit
einer Differentialdrehbewegung zwischen den rotierenden Teilen aufzubauen.
Rotorpumpen mit innenverzahntem Rotor können auch bei Antriebsstrang-Unterbaugruppen
eingesetzt werden, um Schmierfluid in Umlauf zu den verschiedenen Komponenten
der Anordnung zu bringen. Rotorpumpen mit innenverzahntem Rotor
haben im allgemeinen einen Einlaß und einen Auslaß, welche
etwa um 180° zueinander
angeordnet sind. Wenn nicht-reversible Rotorpumpen mit innenverzahntem
Rotor eingesetzt werden, bewirkt eine Richtungsänderung der Drehbewegung der
inneren und äußeren Rotoren eine
Umkehrung des Fluidstroms vom Auslaß zum Einlaß. Bei Fahrzeuganwendungen
ist es daher erwünscht,
eine reversible Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor einzusetzen,
so daß eine
Umkehr der Drehbewegungsrichtung der Rotoren nicht zu einer Umkehr
des Fluidströmung
vom Einlaß zum
Auslaß bewirkt.
Dies wird dadurch erreicht, daß der äußere Rotor
in einem sich frei drehenden Exzenterring bzw. Zentrierring angeordnet
ist. Ein Anschlagbolzen ist ebenfalls vorgesehen und begrenzt die
Drehbewegung des Exzenterrings in jeder Richtung auf 180°. Wenn man
die Exzentrizität
einer Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor hierbei derart ändert, dass
der Exzenterring sich um 180° drehen
kann, wird ebenfalls die Fluidströmungsrichtung umgekehrt. Hieraus ist
somit zu ersehen, dass dann, wenn eine Richtungsumkehr bei der Rotorpumpe
mit innenverzahntem Rotor auftritt, der Exzenterring sich um 180° drehen kann,
und die Fluidströmungsrichtung
vom Einlass zum Auslass unverändert
aufrechterhalten wird.
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Die
Drehbewegung des Exzenterrings um 180° in Abhängigkeit von einer Richtungsänderung der
Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor erfolgt mittels einer Reibkraft
zwischen dem äußeren Rotor der
Rotorpumpe und dem Exzenterring. Mehrere unterschiedliche Einrichtungen
sind bekannt, um die Reibung zwischen dem äußeren Rotor und dem Exzenterring
zur sicheren Ausführung
einer Drehbewegung des Exzenterrings bei der Umkehrung der Pumpe
ohne übermäßigen Verschleiß und eine
Schleppbewegung der Komponenten zu vergrößern. Diese bekannten Einrichtungen
sind jedoch kompliziert, machen eine größere Anzahl von unterschiedlichen Bauteilen
erforderlich und sie lassen sich nur mit Schwierigkeiten montieren.
Das Arbeiten dieser bekannten Einrichtungen führt zu einem großen Verschleiß, wenn
häufig
Pumpenumkehrungen durchgeführt
werden, wie dies bei Antriebsstrang-Unterbaugruppen der Fall ist.
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Die
DE 35 43 488 C2 betrifft
eine Zahnradpumpe mit einem außenverzahnten
Innenläufer,
einem den Innenläufer
umgebenden innenverzahnten Außenläufer, einem
den Außenläufer aufnehmenden Exzenterring
und einer Kupplungseinrichtung zum Herstellen eines Reibschlusses
zwischen dem Außenläufer und
einer mit dem speziell ausgebildeten Exzenterring verbundenen Gegenfläche.
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Die
Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 eine reversible Rotorpumpe mit innenverzahntem
Rotor, welche folgendes aufweist: einen Exzenterring; einen äußeren Rotor,
welcher in dem Exzenterring angeordnet ist, wobei der äußere Rotor
eine Mehrzahl von Innenzähnen
umfasst; einen inneren Rotor, welcher eine Mehrzahl von Innenzähnen umfasst,
wobei wenigstens ein Teil der Innenzähne des äußeren Rotors mit wenigstens einem
Teil der Außenzähne des
inneren Rotors zusammenarbeitet, so dass die inneren und äußeren Rotoren
relativ zueinander exzentrisch sind; und eine Sperrfeder, welche
um wenigstens einen Teil des äußeren Rotors
angeordnet und derart in Reibschlusseingriff mit diesem ist, dass
die Sperrfeder in Abhängigkeit
von der Drehbewegung des äußeren Rotors eine
Druckkraft auf den Exzenterring ausübt, wobei die Sperrfeder eine
geteilte Bandfeder mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende
ist.
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Einer
derartige reversible Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor, wie sie
beispielsweise aus der
DE
29 36 066 C2 oder der
GB 2 020 365 A bekannt ist, soll gemäß der Erfindung
derart ausgestaltet werden, dass ein Verschleiß im Bereich des Außendurchmessers
des äußeren Rotors
herabgesetzt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine reversible Rotorpumpe mit innenverzahntem
Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Insbesondere
hat die geteilte Bandfeder einen freien Durchmesser, welcher kleiner
als der äußere Durchmesser des äußeren Rotors
ist, so dass die geteilte Bandfeder in Reibschlusseingriff mit dem äußeren Rotor
angeordnet ist.
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Der
Reibschlusseingriff zwischen dem äußeren Pumpenrotor und dem Band
ermöglicht,
dass der äußere Pumpenrotor
eine Drehkraft auf den Exzenterring ausübt, wenn der äußere Rotor
seine Drehrichtung umkehrt, wodurch eine positive Drehbewegung des
Rings um 180° bei
der Umkehrung der Pumpe sichergestellt wird.
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Der
Exzenterring umfasst vorzugsweise ein klammerförmiges bzw. ösenförmiges Teil,
welches radial nach innen vorsteht und zwischen den Enden der Bandfeder
angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform
bewirkt die Drehbewegung des äußeren Rotors
und der Feder eine Drehbewegung des Exzenterrings durch eine Kraft,
die auf den Exzenterring an dem klammerförmigen Teil einwirkt. Ein Anschlagbolzen
ist vorgesehen, um die Drehbewegung des Exzenterrings auf 180° in jede
Richtung zu begrenzen, und wenn der Ring einmal auf diese Weise
seine Drehbewegung ausgeführt
hat, bewirkt der Druck auf das Federende des klammerförmigen Teils,
dass der Durchmesser der Feder geringfügig größer wird, wodurch der Verschleiß im Bereich
des Außendurchmessers
des äußeren Rotors
herabgesetzt wird.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung.
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Darin
zeigt:
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1A und 1B Endansichten
einer reversiblen Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor nach der
Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1;
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3 eine
Seitenansicht einer Sperrfeder nach der Erfindung;
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4 eine
Schnittansicht der in 3 gezeigten Feder längs der
Linie 4-4; und
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5 eine
Draufsicht auf einen Exzenterring, welcher zum Einsatz bei der Pumpe
nach der Erfindung geeignet ist.
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Nachstehend
sollen bevorzugte Ausführungsformen
nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
näher erläutert werden. So
weit wie möglich
werden nachstehend gleiche oder ähnliche
Teile in den Figuren der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine reversible Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor nach der Erfindung
ist insgesamt in den 1 und 2 mit 10 bezeichnet
und weist ein inneres Flügelrad
oder einen inneren Rotor 20, ein äußeres Flügelrad oder einen äußeren Rotor 30,
und einen Exzenterring (Zentrierring) 40 auf. Der inneren
Rotor 20 umfaßt eine
Mittelöffnung 22,
wodurch ermöglicht
wird, daß der
innere Rotor um eine Welle oder dergleichen angeordnet und mit dieser
zur Ausführung
einer Drehbewegung gekoppelt werden kann. Eine Welle kann beispielsweise
in einem Fahrzeug mit Vierrad-Antrieb beim Verteilergetriebe, einem
Differential oder einer anderen Antriebsstrang-Unterbaugruppe oder anderen Einrichtungen
vorgesehen sein. Der Exzenterring 40 ist üblicherweise
in einem Pumpengehäuse
(nicht gezeigt) angeordnet, welches einen Anschlagbolzen (in den 1A und 1B in
gebrochener Linie mit 44 angedeutet) umfaßt, welcher
von dort aus in eine 180°-Ausnehmung 42 vorsteht,
welche in dem Exzenterring 40 ausgebildet ist. Auf diese
Weise ist die Drehbewegung des Exzenterrings in dem Pumpengehäuse auf
180° begrenzt,
was für
den Pumpenumkehrbetrieb erforderlich ist. Nähere Einzelheiten diesbezüglich werden
nachstehend noch näher
erläutert. Der äußere Rotor 30 ist
drehbeweglich im Exzenterring 40 (und üblicherweise zur Ausführung einer Drehbewegung
mit dem Pumpengehäuse
gekoppelt) angeordnet, und umfaßt
eine Mehrzahl von inneren flügelförmigen Gebilden
oder Zähnen 34.
Der innere Rotor 20 umfaßt eine Mehrzahl von äußeren flügelförmigen Gebilden
oder Zähnen 24,
welche in einer Anzahl vorgesehen sind, die um einen Zahn kleiner als
die Anzahl der inneren Zähne 34 des äußeren Rotors 30 ist.
Auf diese Weise arbeiten die äußeren Zähne 24 des
inneren Rotors 20 nur mit einem Teil der inneren Zähne 34 des äußeren Rotors 30 zum
jeweiligen Zeitpunkt zusammen. Die Drehbewegung des inneren Rotors 20,
welche eine Drehbewegung des äußeren Rotors 30 in
dem Exzenterring 40 bewirkt, stellt somit eine Reihe von
Kammern mit variablen Volumina zwischen den Zähnen 24, 34 der
inneren und äußeren Rotoren 20, 30 jeweils
bereits.
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Die
Drehbewegung der inneren und äußeren Rotoren 20, 30 bewirkt,
daß Fluid
in die sich vergrößernde Kammer
eingesaugt wird, welche zwischen den Zähnen 24, 34 gebildet
wird und hierdurch wird bewirkt, daß das Fluid aus der Kammer
ausgestoßen wird,
wenn die Zähne 24, 34 konvergieren.
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Ein
Einlaß 50 ist
vorgesehen und kann über eine
Schlauchleitung oder eine andere geeignete Leitung mit einem Vorratsraum
oder dergleichen verbunden sein, welcher eine Fluidmenge enthält. In ähnlicher
Weise ist ein Auslaß 52 vorgesehen
und kann in Fluidverbindung mit einem Hydraulikkolben zur Betätigung desselben
sein, oder kann in kommunizierender Verbindung mit einer Leitung
oder einem Kanal sein, um Fluid den anderen Komponenten zuzuführen. Auf
diese Weise kann Fluid in die Pumpe 10 über den Einlaß 50 eingesaugt
und unter Druck über
den Auslaß 52 ausgestoßen werden.
Für den Fachmann
ist es ersichtlich, daß abgesehen
von einer Ausbildungsform der Pumpe 10 mit Reversibilität eine Umkehr
bei der Drehrichtung der Rotoren 20, 30 zu einer
Umkehrung der Richtung des Fluidstromes führt, das heißt, das
Fluid wird in den Auslaß 52 angesaugt
und über
den Einlaß 50 ausgestoßen. Bei vielen
Anwendungsfällen
ist dies unerwünscht,
wenn beispielsweise die Pumpe 10 eingesetzt wird, um ein unter
Druck stehendes Hydraulikfluid zur Betätigung einer hydromechanischen
Anordnung bereitzustellen, oder um eine geeignete Schmierfluidzirkulation sicherzustellen.
Bei diesen und weiteren Anwendungsformen muß die Pumpe betrieben werden,
um Fluid in eine einzige Richtung unabhängig von der Umkehrdrehbewegung
der Rotoren 20, 30 zu befördern bzw. zu pumpen.
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Eine
reversible Rotorpumpe mit innenverzahntem Rotor ist eine Pumpe,
bei welcher die vorstehend genannten Schwierigkeiten überwunden werden,
welche ihre Ursache in einer Drehrichtungsumkehr der inneren und äußeren Rotoren
haben.
1A zeigt eine reversible Pumpe
10,
deren äußerer Rotor
30 sich
in eine erste Richtung (mit einem Pfeil
12 bezeichnet)
dreht, so daß das
Fluid in die Pumpe
10 über
den Einlaß
50 angesaugt
und über den
Auslaß
52 ausgestoßen wird.
Trotz der Drehbewegung des äußeren Rotors
wie angegeben ist der Exzenterring hinsichtlich einer Drehbewegung
infolge des Zusammenarbeitens mit dem Anschlagbolzen
44 und
einem Ende der Ausnehmung
42 festgelegt. Bei einer Drehrichtungsumkehr
der inneren und äußeren Rotoren
20,
30,
wie dies in
1B bezeichnet und mit einem
Pfeil
12' eingetragen
ist, dreht sich der Exzenterring
40 um 180° in Abhängigkeit
von der Reibung zwischen dem äußeren Rotor
30 und
dem Exzenterring
40 (was nachstehend noch näher erläutert wird),
bis das gegenüberliegende
Ende der Ausnehmung
42 mit dem Anschlagbolzen
44 zusammenarbeitet.
Die Drehbewegung des Exzenterrings verändert die Exzentrizität der Pumpe,
so daß die
Zähne
24,
34 der
inneren und äußeren Rotoren
20,
30 jeweils
miteinander am unteren Teil der Pumpe
10 anstelle am oberen
Teil der Pumpe
10 nach der
1A zusammenarbeiten.
Es ist zu erkennen, daß diese Änderung
der Exzentrizität
ermöglicht,
daß das
Fluid fortgesetzt in die größer werdenden
Kammern am Einlaß
50 eingesaugt
und von den kleiner werdenden Kammern am Auslaß
52 ausgestoßen wird,
und nicht die Strömungsrichtung
umgekehrt wird, obgleich eine Drehrichtungsänderung bei der Pumpe
10 erfolgt. Reversible
Rotorpumpen mit innenverzahntem Rotor sind vielseitig bei Antriebsstrang-Unterbaugruppen von
Kraftfahrzeugen einsetzbar, wie dies beispielsweise in
DE 196 16 826 A1 beschrieben
ist.
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Bei
Antriebsstrang-Unterbaugruppen und anderen Anwendungsgebieten, bei
denen häufige Pumpenumkehrvorgänge vorhanden
sind, ist es bei diesen bekannten Pumpen nicht unüblich, daß bei der
Richtungsumkehr der Pumpe die Reibung zwischen dem äußeren Rotor
und dem Exzenterring nicht ausreichend ist, um den Exzenterring
um 180° zu
verdrehen, wie dies erforderlich ist, um einen Fluidstrom vom Einlaß zum Auslaß sicherzustellen,
so daß sich
beim Stand der Technik die vorstehend erörterten Schwierigkeiten ergeben
können.
Es ist häufig
schwierig, die geeignete Reibungsgröße zwischen dem äußeren Rotor
und dem Exzenterring ein zustellen und aufrechtzuerhalten, um eine
Drehbewegung des Exzenterringes bei der Umkehr der Pumpe sicherzustellen,
ohne daß zu
starke Reibungen auftreten, welche zu einem sehr starken Verschleiß der Pumpe
führen
können.
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Die
reversible Rotorpumpe 10 mit innenverzahntem Rotor nach
der Erfindung stellt eine effektive Einrichtung bereit, welche bei
einer Umkehr der Pumpe 10 eine Drehbewegung des Exzenterrings
sicherstellt, ohne daß ein
zu großer
Verschleiß an
den Komponenten auftritt. Insbesondere weist eine Pumpe 10 nach
der Erfindung eine Sperrfeder 60 auf, welche um den äußeren Durchmesser
oder den Umfang des äußeren Rotors 40 angeordnet
und in Reibschlußeingriff
mit demselben ist. Wie sich am deutlichsten aus den 3–4 ersehen
läßt, ist
die Sperrfeder 60 vorzugsweise in Form einer Bandfeder ausgelegt,
welche einen freien Innendurchmesser D (3) hat,
welcher kleiner als der Außendurchmesser
des äußeren Pumpenrotors 30 ist.
Daher muß die Feder 60 gestreckt
werden, um auf den Außendurchmesser
des äußeren Rotors 40 zu
passen, und wenn sie dort auf geeignete Weise positioniert ist,
arbeitet die Feder 60 in Reibschlußeingriff mit dem äußeren Rotor 30 zusammen,
um eine Drehbewegung mit demselben auszuführen. Die Feder 60 ist
vorzugsweise aus Stahl oder einem anderen Metall hergestellt. Sie
kann aber alternativ auch aus einer Vielzahl von unterschiedlichen
polymeren Materialien hergestellt sein. Bei der hier gezeigten bevorzugten
Ausführungsform
ist die Feder 60 in Form einer geteilten Bandfeder vorgesehen,
welche Enden 62, 64 hat, die sich über eine
kurze Längserstreckung
hinweg trennen, wenn die Feder 60 um den äußeren Rotor
wie vorstehend beschrieben, angeordnet ist. Der Exzenterring 40 (am
deutlichsten aus 5 zu ersehen) umfaßt ein klammerförmiges Teil 46,
welches hiervon radial nach innen vorsteht. Bei der bevorzugten
Ausführungsform
ist das klammerförmige
Teil 46 zwischen den Enden 62, 64 der
Feder 60 angeordnet, wenn die Pumpe zusammengesetzt ist,
wie dies in den 1A und 1B gezeigt
ist. Auf diese Weise bewirkt jegliche Drehung des äußeren Rotors 30,
daß eines
der Enden 62, 64 der Feder 60 mit dem
klammerförmigen
Teil 46 zusammenarbeitet und eine Drehkraft auf den Exzenterring 40 ausübt, wodurch eine
Drehbewegung um 180° sichergestellt
wird, wenn der Pumpenbetrieb der Pumpe 10 umgekehrt wird.
Wenn der Exzenterring an einer weitergehenden Drehbewegung durch
den Anschlagbolzen 44 gehindert wird, wird die Feder 60 auf ähnliche
Art und Weise an einer weiteren Drehbewegung mit dem äußeren Rotor 30 infolge
des Zusammenarbeitens der Feder und des klammerförmigen Teils 46 des
Exzenterrings gehindert: Hierdurch wird bewirkt, daß der äußere Rotor 30 sich
in der Feder 60 dreht. Wenn der Exzenterring 40 und
die Feder 60 hinsichtlich einer weiteren Drehbewegung gesperrt
sind, bewirkt die Kraft eines der Enden 62, 64 der
Feder 60 gegen das klammerförmige Teil 46, daß der Durchmesser
der Feder 60 sich geringfügig vergrößert, wodurch eine zu starke
Reibung zwischen dem äußeren Rotor 30 und
der Feder 60 verhindert wird.