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Die vorliegende Erfindung bezieht sich hauptsächlich au
eine Wirbelstrombremse, die eine Reibungsbremse eine
großen Fahrzeuges unterstützt, und im einzelnen auf eine
Wirbelstrombremse, die ein axiales Ausmaß verkürzt.
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Bei einer Wirbelstrombremse, die durch die japanische
Patentanmeldung Nr. 218498/1989 offenbart ist, wird ein
Magnettragring, der eine Anzahl von Permanentmagnete
(im folgenden lediglich Magneten genannt) in
Umfangsrichtung mit einem gleichen Zwischenraumverhältnis
zueinander verbindet, auf einem festgelegten Rahmen
gehalten, der in eine Bremstrommel hineinragt. Der
Magnettragring wird axial bewegt, um zwischen eine
Bremsposition, in welcher die Magneten ein magnetischen
Feld auf die innere zylindrische Oberfläche der
Bremstrommel aufbringen, und einer Position des Nichtbremsens
zu schalten, in welcher die Magneten kein magnetisches
Feld auf die innere zylindrische Oberfläche der
Bremstrommel aufbringen. Bei dieser Wirbelstrombremse ist ein
axiales Ausmaß des festgelegten Rahmens so groß, daß es
verschiedene Schwierigkeiten mit sich bringt, z.B. wenn
eine Bremse zusammen mit einer Parkbremse in einem engen
Montagezwischenraum eines Verbindungsbereiches zwischen
einer drehbaren Ausgangswelle eines Getriebes und einer
Antriebswelle unter dem Boden eines Fahrzeugs angeordnet
sind.
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Durch die EP-A-160 215 und die GB-A-20 57 610 wird
jeweils eine Wirbelstrombremse offenbart, bei welcher
die Permanentmagneten um Ihre Achsen gedreht werden,
wenn zwischen einer Situation des Bremsens und des
Nichtbremsens geschaltet wird, wobei die Bremstrommel in
axialer Richtung angeordnet ist und sich die
Magnetflußkreise in Ebenen parallel zu der Achse erstrecken.
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Angesichts des vorgenannten Problems ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Wirbelstrombremse
vorzusehen, bei welcher ein axiales Ausmaß der
Vorrichtung verkürzt werden kann, indem der Schaltvorgang
zwischen dem Bremsen und dem Nichtbremsen ohne eine
axiale Bewegung des Magnettragrings durchgeführt wird.
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, sieht die
vorliegende Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform eine
Anordnung vor, die einen unbeweglichen Magnettragring
aufweist, der aus einem nichtmagnetischen Material
gebildet und innerhalb einer Bremstrommel angeordnet
ist, die mit einer drehbaren Welle verbunden ist, wobei
eine Anzahl von zylindrischen Zwischenraumbereichen und
Kurzschlußstücken, die aus einem ferromagnetischen
Material bestehen, abwechselnd in Umfangsrichtung mit
einem gleichen Zwischenraumverhältnis auf dem
Magnettragring angeordnet sind und ein Permanentmagnet in
jedem Zwischenraumbereich drehbar durch eine Welle
gelagert ist, die parallel zu der drehbaren Welle der
Bremstrommel verläuft, und ein Antriebsmittel vorgesehen
ist, um die Permanentmagneten zu drehen, um zwischen
einer Bremsposition, in der die Polaritäten einer Anzahl
von Permanentmagneten, die gegenüber der inneren
zylindrischen Oberfläche der Bremstrommel liegen, sich
abwechselnd unterscheiden, und einer Position des
Nichtbremsens zu schalten, in der die magnetischen Pole
der Permanentmagneten in einer Umfangsrichtung
ausgerichtet sind und die Polaritäten der
nebeneinanderliegenden Magneten jeweils unterschiedlich voneinander
sind.
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, sieht die
vorliegende Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform eine
Anordnung vor, die einen unbeweglichen Magnettragring
aufweist, der aus einem nichtmagnetischen Material
gebildet und innerhalb einer Bremstrommel angeordnet
ist, die mit einer drehbaren Welle verbunden ist, wobei
eine Anzahl von zylindrischen Zwischenraumabschnitten
und Kurzschlußstücken, die aus einem ferromagnetischen
Material bestehen, abwechselnd in Umfangsrichtung mit
einem gleichen Zwischenraumverhältnis auf dem
Magnettragring angeordnet sind und ein innerer Zylinder und
ein Kurzschlußstück, das sich in einem
dazwischenbefindlichen Bereich von jedem Kurzschlußstück zu dem inneren
Zylinder erstreckt, die aus einem ferromagnetischen
Material bestehen und auf der inneren Umfangswandung des
Magnettragringes angeordnet sind und ein Permanentmagnet
durch eine Welle drehbar in jedem Zwischenraumbereich
gehalten ist, die parallel zu der drehbaren Welle der
Bremstrommel verläuft, und ein Antriebsmittel vorgesehen
ist, um zwischen einer Bremsposition, in welcher die
Polaritäten einer Anzahl von Permanentmagneten, die
gegenüber einer inneren zylindrischen Oberfläche der
Bremstrommel liegen, abwechselnd zueinander
unterschiedlich sind, und einer Position des Nichtbremsens zu
schalten, in der die magnetischen Pole der
Permanentmagneten in einer Umfangsrichtung ausgerichtet sind und die
Polaritäten der nebeneinanderliegenden Magneten gleich
sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anzahl von
Magneten, die in Umfangsrichtung mit einem gleichen
Zwischenraumverhältnis auf einen Magnettragring
angeordnet sind, zusammen mit der drehbaren Welle, die parallel
zu der Welle der Bremstrommel verläuft, um ein Viertel
gedreht, wodurch ein Schalten zwischen einer Position
des Bremsens und des Nichtbremsens bewirkt wird. In der
Bremsposition, in der der magnetische Pol des Magneten
gegenüber der inneren zylindrischen Oberfläche der
Bremstrommel liegt, fließt ein Wirbelstrom in die
Bremstrommel, wenn die drehende Bremstrommel das
Magnetfeld kreuzt, die dann eine Bremskraft erfährt.
Anderenfalls, in der Position des Nichtbremsens, in der die
magnetischen Pole der Magneten in einer Umfangsrichtung
ausgerichtet sind, wird ein Magnetkreis gebildet, der
durch die Kurzschlußstücke innerhalb des
Magnettragringes fließt, so daß sich das Magnetfeld nicht auf die
Bremstrommel auswirkt und die Bremstrommel keine
Bremskraft erfährt.
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Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen in bezug
auf zwei Beispiele von Ausführungsformen beschrieben,
die in den dazugehörigen schematischen Zeichnungen
gezeigt sind, in denen:
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Fig. 1 eine seitliche Querschnittsansicht einer
Wirbel strombremse gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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Fig. 2 eine vordere Querschnittsansicht des Mittels
zum Drehen und Antreiben der Magneten in der
Bremse ist;
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Fig. 3 eine vordere Querschnittsansicht eines
Magnettragrings ist;
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Fig. 4 eine vordere Querschnittsansicht ist, die die
Beziehung zwischen der Bremstrommel und den
Magneten während des Bremsens zeigt;
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Fig. 5 eine Vorderansicht ist, die eine weitere
Ausführungsform des Mittels zum Drehen und
Antreiben der Magneten zeigt;
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Fig. 6 eine vordere Querschnittsansicht ist, die eine
andere Ausführungsform eines Magnettragringes
zeigt.
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Es wird im folgenden eine Auführungsform beschrieben, in
der eine Wirbelstrombremse gemäß der vorliegenden
Erfindung am hinteren Ende eines Fahrzeugantriebes
angeordnet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein
Kupplungsflansch 6 über eine Keilverzahnung auf eine
drehbare Ausgangswelle 4 geschoben und durch eine
Radnabenmutter 5 befestigt, welche drehbare Welle 4 an einer
hinteren Seitenwand eines Getriebegehäuses 5 durch ein
Lager 2 getragen wird. Eine Stirnwand der Bremstrommel
10 einer allgemein bekannten Parkbremse und eine
Stirnwand 12 einer Bremstrommel 13 einer Bremse sind
übereinander auf den Kupplungsflansch 6 gelegt und durch
Schrauben 8 und Muttern 9 befestigt. Ein Joch 7 einer
universellen Verbindung zum Verbinden der drehbaren
Welle 4 und der bekannten Antriebswelle ist in den
Kupplungsflansch 6 eingepaßt und durch Schrauben, die
nicht dargestellt sind, verbunden. Die Bremstrommel 13
ist an ihrer äußeren Umfangswandung mit einer Anzahl von
Kühlrippen 15 versehen, die in Umfangsrichtung in einem
gleichen Zwischenraumverhältnis angeordnet sind.
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In einem Zwischenraumbereich zwischen einer inneren
zylindrischen Oberfläche 14 einer Bremstrommel 13 und
einer äußeren Umfangsoberfläche der Bremstrommel 10 ist
ein Magnettragring 20 angeordnet, der eine Anzahl von
Magneten 32 trägt. Um den Magnettragring 20 zu
montieren, ist eine kreisförmige Rahmenplatte 16, die eine
Verstärkungsrippe hat, an einer hinteren Stirnwand eines
Getriebegehäuses 3 über eine Montageplatte 16 a
befestigt, ist ein Magnettragring 20 an einer rechten
Stirnfläche der Rahmenplatte 16 durch eine Tragplatte 19
verbunden, die einen L-förmigen Querschnitt hat, und ist
ein Antriebsring 17, der einen C-förmigen Querschnitt
hat, normal und entgegengesetzt drehbar auf einer linken
Wandungsoberfläche der Tragplatte 19 angeordnet. Ein
Magnettragring 20, der aus einem nichtmagnetischen
Material besteht und einen rechteckigen Querschnitt hat,
ist in Umfangsrichtung mit einem gleichen
Zwischenraumverhältnis mit einer Anzahl von zylindrischen
Zwischenraumabschnitten 27 versehen, um säulenförmige Magneten
32 aufzunehmen, die mit einer drehbaren Welle 31
verbunden sind, die parallel zu der drehbaren Welle 4
verläuft, wobei die Magnete 32 zusammen mit der drehbaren
Welle 31 drehbar in den Zwischenraumbereichen 27
aufgenommen sind. Das linke Ende der drehbaren Welle 31
erstreckt sich von dem Magnettragring 20 in den
Antriebsring 17 und hat eine Teilverzahnung 18, die mit
diesem in Eingriff ist. Die Teilverzahnung 18, die in
Fig. 1 gezeigt ist, besitzt Zähne in dem unteren halben
Umfangsbereich, die mit einem Zahnrad 17 b in Eingriff
sind, das innerhalb des Antriebsringes ausgebildet ist.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, haben die nebeneinanderliegenden
drehbaren Wellen 31 jeweils die Teilverzahnung 18 in
Eingriff mit dem Zahnrad 17 b des Antriebsringes 17 und
eine Teilverzahnung 18 in Eingriff mit einem inneren
Zahnrad 17 a des Antriebsringes 17. Eine drehbare Welle
31 a ragt nach außem durch einen kreisförmigen Schlitz
34 vor, der in der Stirnwand des Antriebsringes 17
vorgesehen ist, und ist mit einer Welle eines
elektrischen Motors 36 verbunden, der auf der Rahmenplatte 16
durch eine Tragplatte 35 befestigt ist. Wenn die
drehbare Welle 31 a normal und entgegengesetzt um ein Viertel
durch den elektrischen Motor 36 gedreht wird, dreht sich
der Antriebsring 17 entsprechend so, daß die
Teilverzahnungen 18, die jeweils nebeneinanderliegen, in jeweils
entgegengesetzte Richtungen angetrieben werden und die
Richtungen der Magnetpole der Magneten 32 gewechselt
werden.
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Der Magnettragring 20 aus einem nichtmagnetischen
Material besitzt einen äußeren Zylinder 23 und einen
inneren Zylinder 25, die zwischen einem Paar von
ringförmigen Stirnwandplatten befestigt sind, und ein Paar
von Magnetpolelementen 21, 22, die aus einem
ferromagnetischen Material geformt sind. Die magnetischen
Polelemente 21 und 22, die dazwischen einen Magneten 32
einschließen, sind mit dem äußeren Zylinder 23 bzw. dem
inneren Zylinder 25 verbunden. Das Magnetpolelement 21
ist in einer Öffnung des äußeren Zylinders 23
eingebettet. Der innere Zylinder 25 bildet ein Joch, das aus
einem ferromagnetischen Material geformt ist. Zwischen
den in Umfangsrichtung angeordneten Magneten 32 ist ein
Kurzschlußstück 24, das aus einem ferromagnetischen
Material besteht, zwischen dem äußeren Zylinder 23 und
dem inneren Zylinder 25 angeordnet. Ein zylindrischer
Zwischenraumbereich 27, der den Permanentmagneten 32
einkreist, ist zwischen den Magnetpolelementen 21 und 22
und einem Paar von Kurzschlußstücken 24 gebildet.
Zwischen dem äußeren Zylinder 23 und dem Kurzschlußstück
24 und zwischen dem Kurzschlußstück 24 und dem inneren
Zylinder 25 sind Zwischenraumbereiche gebildet, oder ist
ein nichtmagnetisches Material, beispielsweise
Aluminium, darin eingegossen.
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In dem Zustand des Nichtbremsens, der in Fig. 3 gezeigt
ist und in welchem die magnetischen Pole der Magneten 32
in der Umfangsrichtung angeordnet sind, bilden die
nebeneinanderliegenden Magneten 32 einen Magnetkreis,
der durch die Kettenlinie in den Kurzschlußstücken 24
angezeigt ist. Wenn die drehbare Welle 31 a von dem
Zustand, der in Fig. 3 gezeigt ist, im Uhrzeigersinn um
ein Viertel durch den Motor 36, wie in Fig. 4 gezeigt
ist, gedreht wird, wird der Magnet 32, der eine Einheit
mit der Teilverzahnung 18, die mit dem inneren Zahnrad
17 a des Antriebsringes 17 in Eingriff ist, bildet, mit
seinem magnetischen Pol gegenüber der inneren
zylindrischen Oberfläche 14 der Bremstrommel 13 liegend
gebracht, während der Magnet 32, der eine Einheit mit
der Teilverzahnung 18 bildet, die in Eingriff mit dem
Zahnrad 17 b des Antriebsringes 17 ist, mit seinem
Magnetpol S gegenüber der inneren zylindrischen
Oberfläche 14 der Bremstrommel 13 liegend gebracht wird. Wie
durch die Kettenlinie in Fig. 4 gezeigt, werden
Magnetkreise in dem Magneten 32, dem magnetischen Polelement
21, der Bremstrommel 13, dem danebenliegenden
Magnetpolelement 21, dem danebenliegenden Magneten 32, dem
magnetischen Polelement 22 und dem inneren Zylinder 25
gebildet, so daß ein Wirbelstrom erzeugt wird, wenn die
Bremstrommel 13 das magnetische Feld von dem
magnetischen Polelement 21 kreuzt, um ein Bremsdrehmoment zu
erhalten.
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In der oben genannten Ausführungsform verursacht das
Mittel zum Drehen und Antreiben der Magneten, daß eine
der Teilverzahnungen 18, die auf die drehbaren Wellen 31
der nebenei nanderliegenden Magneten 32 gekuppelt sind,
in Eingriff mit dem inneren Zahnrad 17 a des
Antriebsringes 17 ist und die andere in Eingriff mit dem Zahnrad
17 b des Antriebsringes 17 ist, so daß diese in jeweils
entgegengesetzte Richtungen gedreht werden. Es ist
jedoch zu beachten, daß, wie in Fig. 5 gezeigt, ein
Zahnriemen 27, der auf beiden Oberflächen Zähne besitzt,
über die Zahnräder 18 a (die Teilverzahnungen sein
können) geführt ist, daß ein Schlitz 39 in einem Arm 40
vorgesehen ist, der auf einem der Zahnräder 18 a
angekuppelt ist, und daß eine Stange 41 eines Antriebes 44,
der auf der Rahmenplatte 16 befestigt ist, mit dem
Schlitz 39 in dem Arm 40 durch einen Stift 38 verbunden
ist. Der Antrieb 44 ist so ausgebildet, daß ein Kolben
43 in einem Zylinder 42 eingepaßt ist, um Kammern auf
seinen gegenüberliegenden Enden zu definieren, wobei die
Stange 41 mit dem Kolben 43 verbunden ist. Wenn
Druckluft in eine Kammer zugeführt wird, fährt die Stange 41
heraus oder zurück, wobei das Zahnrad 18 a von jedem
Magneten 32 normal und entgegengesetzt gedreht wird.
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Bei der in Fig. 6 gezeigten Auführungsform ist ein
diametrisches Kurzschlußstück 24 a zwischen einem
Zwischenraumbereich der Kurzschlußstücke und einem
inneren Zylinder 25 vorgesehen, wobei die Pole von jedem
Magneten 32 in Umfangsrichtung angeordnet sind, und die
nebeneinanderliegenden Magneten 32 so angeordnet sind,
daß dieselben Polaritäten jeweils gegenüberliegend
positioniert sind. Während der Zeit des Nichtbremsens
formen die Magneten 32 einen Magnetkreis von dem Nordpol
zu dem Südpol über die Kurzschlußstücke 24 und 24 a, dem
inneren Zylinder 25 und den nebeneinanderliegenden
Kurzschlußstücken 24 a und 24. Während der Zeit des
Bremsens, wenn alle der Magneten 32 in die gleiche
Richtung um ein Viertel gedreht sind, sind die
Polaritäten der Magneten 32, die gegenüber der inneren
zylindrischen Oberfläche 14 der Bremstrommel liegen, so
angeordnet, daß sie sich in Umfangsrichtung abwechselnd
unterscheiden. Die Mittel zum Drehen und Antreiben der
Magneten 32 sind daher einfach ausgebildet.
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Wie oben beschrieben, weist die Konstruktion der
vorliegenden Erfindung einen unbeweglichen Magnettragring auf,
der aus einem nichtmagnetischen Material besteht und
innerhalb einer Bremstrommel angeordnet ist, die mit
einer drehbaren Welle verbunden ist, wobei eine Anzahl
von zylindrischen Zwischenraumbereichen und
Kurzschlußstücken, die aus einem ferromagnetischen Material
bestehen, in Umfangsrichtung in einem gleichen
Zwischenraumverhältnis abwechselnd auf dem Magnettragring
angordnet sind, und ein Permanentmagnet drehbar in jedem
Zwischenraumbereich durch eine Welle gelagert ist, die
parallel zu der drehbaren Welle der Bremstrommel
verläuft, und ein Antriebsmittel vorgesehen ist, um die
Permanentmagneten zu drehen, so daß zwischen einer
Position des Bremsens, in der die Polaritäten einer
Anzahl von Permanentmagneten, die gegenüber einer
inneren zylindrischen Oberfläche der Bremstrommel
liegen, sich abwechselnd unterscheiden, und einer
Position des Nichtbremsens geschaltet wird, in der die
magnetischen Pole der Permanentmagneten in einer
Umfangsrichtung angeordnet sind und die Polaritäten der
nebeneinanderliegenden Magneten jeweils voneinander
unterschiedlich sind.
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Da der Schaltvorgang zwischen den Positionen des
Bremsens und des Nichtbremsens durch eine Drehung der
Magneten ohne axiale Bewegung der Magneten durchgeführt
wird, wird der Magnettragring in der Bremstrommel in
einer kompakten Weise aufgenommen, ist die axiale
Abmessung der Vorrichtung im Vergleich zu dem Stand der
Technik wesentlich verkürzt und die Vorrichtung kann
einfach auf dem Fahrzeug montiert werden.
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Wenn hinsichtlich der axialen Abmessungen eines
Montageraumes eines Fahrzeuges Platz ist, können die
Bremsleistungen erhöht werden, indem möglichst lange Magneten
verwendet werden.
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Wenn der Betrag der Drehbewegung der Magneten
eingestellt wird, wird die Intensität des Magnetfeldes, das
auf die Bremstrommel einwirkt, variiert, wodurch die
Bremskraft in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
gesteuert werden kann.
Bezugszeichenliste
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1 29
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2 Lager
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3 Getriebegehäuse
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4 drehbare Welle
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5 Nabenmutter
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6 Kupplungsflansch
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7 Joch
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8 Schraube
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9 Mutter
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10 Bremstrommel
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11
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12 Stirnwand
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13 Bremstrommel
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14 innere zylindrische Oberfläche
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15 Kühlrippe
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16 Rahmenplatte
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16a Montageplatte
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17 Antriebsring
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17a inneres Zahnrad
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17b Zahnrad
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18 Teilverzahnung/Segmentzahnrad
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18a Zahnrad
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19 Tragplatte
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20 Magnettragring
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21 Magnetpolelement
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22 Magnetpolelement
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23 äußerer Zylinder
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24 Kurzschlußstück
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24a Kurzschlußstück
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25 innerer Zylinder
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26
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27 zylindrischer Zwischenraumbereich
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28
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29
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30
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31 drehbare Welle
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31a drehbare Welle
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32 Permanentmagnet
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33
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34 kreisförmiger Schlitz
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35 Tragplatte
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36 elektrischer Motor
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37 Zahnriemen
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38 Stift
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39 Schlitz
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40 Arm
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41 Stange
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42 Zylinder
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43 Kolben
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44 Antrieb