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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Kraftübertragungsvorrichtung
zum Übertragen
eines Drehmoments einer Antriebseinheit wie beispielsweise eines
Verbrennungsmotors und eines Elektromotors zu einer angetriebenen
Einheit wie beispielsweise einer Pumpe und einem Kompressor. Insbesondere
ist die Vorrichtung zum Übertragen
von Motorkraft auf den Kompressor einer Fahrzeug-Klimaanlage verwendbar.
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2 zeigt
eine Kraftübertragungs-Prototypenvorrichtung
von den Erfindern. Dieser Prototyp wurde einer Dauerprüfung unter
hohen Lastbedingungen unterzogen, wobei das Ergebnis das Brechen
der Gummidämpfungselemente 140 oder
der Drehmomentübertragungselemente
gewesen ist. Dann wurde die Ursache des Bruchs der Dämpfungselemente
untersucht, wobei sich zeigte, dass, wenn der obige Prototyp ein
Drehmoment überträgt, die Dämpfungselemente
eine Verformungskraft erfahren. Dann steigt aufgrund der Wirkung
der Wärmeerzeugung
aus dem viskosen Widerstand bei der Verformung der Dämpfungselemente
die Temperatur der Dämpfungselemente
und sie erleiden an ihren Außenrändern, die
direkt der Luft ausgesetzt sind, eine Oxidation und einen Qualitätsverlust,
was in dem Bruch resultiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In Anbetracht der obigen Ausführungen
ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues
Drehmomentübertragungselement
und eine neue Kraftübertragungsvorrichtung
vorzusehen, die sich von solchen herkömmlichen Vorrichtungen unterscheiden.
Eine zweite Aufgabe ist es, ein Brechen des Drehmomentübertragungselements
zu unterdrücken.
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Um die obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung
zu lösen,
besitzt gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kraftübertragungsvorrichtung
zum Übertragen
eines Drehmoments einer Antriebseinheit zu einer angetriebenen Einheit
einen ersten Rotator (110), der durch die Antriebseinheit
zum Drehen angetrieben wird, einen mit der angetriebenen Einheit
gekoppelten zweiten Rotator (130) und ein Drehmomentübertragungselement (140)
aus einem elastisch verformbaren Material, um mit dem ersten Rotator
(110) und dem zweiten Rotator (130) einen Kontakt
herzustellen, um das Drehmoment von dem ersten Rotator (110)
auf den zweiten Rotator (130) zu übertragen. Hierbei enthält ein Außenrand
des Drehmomentübertragungselements (140)
eine Kontaktfläche
(140b) zum Kontaktieren der Rotatoren (110, 130)
und eine Nicht-Kontaktfläche (140a)
außer
Kontakt mit den Rotatoren (110, 130), wobei die
Nicht-Kontaktfläche (140a)
mit einer Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) aus einem Material
mit einer Sauerstoffdurchlässigkeit
geringer als derjenigen der Kontaktfläche (140b) versehen
ist.
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Folglich ist es möglich, das Eindringen von Sauerstoff
in das Drehmomentübertragungselement (140)
durch die Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) zu unterdrücken. Somit
kann, selbst wenn die Temperatur des Drehmomentübertragungselements (140)
steigt, der Außenrand,
der direkt der Luft ausgesetzt ist, an einer Oxidation und Verschlechterung gehindert
werden. Dies kann einen Bruch des Drehmomentübertragungselements (140)
unterdrücken und
eine von herkömmlichen
Vorrichtungen unterschiedliche neue Kraft- übertragungsvorrichtung erzielen.
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In einem zweiten Aspekt der Erfindung
ist die Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) aus Acrylkautschuk
gemacht.
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In einem dritten Aspekt der Erfindung
ist die Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) aus Fluorsilikonkautschuk
gemacht.
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In einem vierten Aspekt der Erfindung
ist die Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) aus Silikonkautschuk
gemacht.
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In einem fünften Aspekt der Erfindung
ist die Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) aus Fluorkautschuk
gemacht.
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In einem sechsten Aspekt der Erfindung
ist die Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) aus Polyamid
gemacht.
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In einem siebten Aspekt der Erfindung
ist die Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) aus Polytetrafluorethylen
gemacht.
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Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist ein Drehmomentübertragungselement
aus einem elastisch verformbaren Material gemacht, um mit einem
ersten Rotator (110) und einem zweiten Rotator (130)
in Kontakt zu kommen, um ein Drehmoment von dem ersten Rotator (110)
auf den zweiten Rotator (130) zu übertragen, und es weist einen
Außenrand
mit einer Kontaktfläche
(140b) zum Kontaktieren der Rotatoren (110, 130)
und eine Nicht-Kontaktfläche
(140a) außer
Kontakt mit den Rotatoren (110, 130) auf, wobei
die Nicht-Kontaktfläche
(140a) mit einer Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c)
aus einem Material mit einer Sauerstoffdurchlässigkeit geringer als derjenigen
der Kontaktfläche (140b)
versehen ist.
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Folglich ist es möglich, das Eindringen von Sauerstoff
in das Drehmomentübertragungselement (140)
durch die Sauerstoffdurchlasssperrschicht (140c) zu unterdrücken. Somit
kann, selbst wenn die Temperatur des Drehmomentübertragungselements (140)
ansteigt, wobei dessen Außenrand
direkt der Luft ausgesetzt ist, eine Oxidation und Qualitätsverschlechterung
davon verhindert werden. Dies kann einen Bruch des Drehmomentübertragungselements (140)
unterdrücken
und ein von herkömmlichen
Elementen unterschiedliches neues Drehmomentübertragungselement erzielen.
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Im übrigen entsprechen die den
vorherigen einzelnen Einrichtungen zugeordneten, in Klammern gesetzten
Ziffern den in den später
beschrieben Ausführungsbeispielen
gezeigten konkreten Einrichtungen. Ferner werden Bereiche der Anwendbarkeit
der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgend vorgesehenen detaillierten
Beschreibung offensichtlich. Es ist selbstverständlich, dass die detaillierte
Beschreibung und die speziellen Beispiele, die das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung angeben, nur Veranschaulichungszwecken dienen und
nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken sollen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird aus
der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen
besser verständlich.
Darin zeigen:
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1A eine
Querschnittsansicht einer Kraftübertragungsvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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1B eine
Seitenansicht von links von 1A;
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2 eine
Vorderansicht der Kraftübertragungsvorrichtung
mit entferntem Deckel;
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3 eine
Vorderansicht einer Mittelnabe gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Vorderansicht eines Dämpfungselements
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5A eine
schematische Darstellung des Dämpfungselements
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5B eine
schematische Darstellung des Dämpfungselements
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5C eine
schematische Darstellung des Dämpfungselements
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5D eine
schematische Darstellung des Dämpfungselements
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine
Graphik des Ergebnisses eines Dauertests an Dämpfungselementen gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-BEISPIELE
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Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
ist nur von beispielhafter Natur und soll keineswegs die Erfindung,
ihre Anwendung oder ihre Einsatzmöglichkeiten beschränken.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel
ist eine Kraftübertragungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die auf eine Verbindung zum Übertragen der Kraft eines Motors
(als Antriebseinheit) auf den Kompressor (als angetriebene Einheit) einer
Fahrzeug-Klimaanlage
angewendet ist. 1A ist
eine Querschnittsansicht der Verbindung (Kraftübertragungsvorrichtung) 100 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel. 1B ist eine Seitenansicht
von links von 1A. 2 ist eine Vorderansicht
der Verbindung 100 bei entfernten Deckel 131a.
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In 1A und 1B ist eine Riemenscheibe 110 ein
erster Rotator aus Metall oder hartem Kunstharz wie beispielsweise
Phenolharz, der in einer im allgemeinen Zylinderform ausgebildet
ist. Der erste Rotator 110 empfängt eine Antriebskraft von
einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) durch V-Riemen (nicht dargestellt)
zur Drehung. Eine Riemenscheibennabe 111 zylindrischer
Form ist integral an dem Innenrand dieser Riemenscheibe 100 ausgebildet. Ein
Radialwälzlager 120 zum
drehenden Halten der Riemenscheibe 110 ist auf der Riemenscheibennabe 111 befestigt.
Außerdem
ist der Innenring des Radialwälzlagers 120 in
ein vorderes Gehäuse
des Kompressors (nicht dargestellt) eingepasst.
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Für
die Riemenscheibe 110 verwendet das vorliegende Ausführungsbeispiel
eine Riemenscheibe eines Mehrfachantriebsriemen-kompatiblen Typs mit
mehreren V-Nuten 112. Die Riemenscheibe 110 ist
aus Kunstharz gemacht. Dann ist eine Metallhülse 113 mit der Riemenscheibennabe 111 durch
Einformen in den Innenrand der Riemenscheibennabe 111 integriert,
um das Lager 120 daran zu befestigen.
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Eine Mittelnabe 130 ist
ein zweiter Rotator, der zur Drehung in der Riemenscheibe 110 so
angeordnet ist, dass er mit der Riemenscheibe 110 koaxial ist.
Wie in 2 dargestellt,
ist der Außenrand
dieser Mittelnabe 130 in Sternform oder Zahnradform mit mehreren
Vertiefungen und Vorsprüngen
ausgebildet.
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Hierbei weist die Mittelnabe 130 eine
Außennabe 131 und
eine Innennabe 132 auf. Die Außennabe 131 ist aus
Kunstharz mit einer Härte
höher als derjenigen
der Dämpfungselemente 140,
welche am Außenrand
der Mittelnabe 130 angeordnet sind, gemacht. Die Innennabe 132 ist
aus Metall und ist mit der Außennabe 131 durch
Einformen integriert.
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Die Innennabe 132 weist
einen zylindrischen Abschnitt 132a, einen Ringabschnitt 132b und
mehrere (im vorliegenden Ausführungsbeispiel
drei) Brückenabschnitte 132c auf.
Der zylindrische Abschnitt 132a ist ein zylindrisch geformtes
Verbindungsteil zum Einrichten einer Keilverbindung mit einer Welle des
Kompressors. Der Ringabschnitt 132b ist ein mit der Außennabe 131 integriertes
Drehteil. Die Brückenabschnitte 130c verbinden
mechanisch den Ringabschnitt 132b und den zylindrischen
Abschnitt 132a, sodass ein Drehmoment von dem Ringabschnitt 132b auf
den zylindrischen Abschnitt 132a übertragen wird. Den Brückenabschnitten 132c ist auch
eine solche Festigkeit gegeben, dass sie brechen, wenn das von dem
Ringabschnitt 132b auf den zylindrischen Abschnitt 132a zu übertragende
Drehmoment einen vorgegebenen Wert erreicht oder übersteigt.
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Wie in 3 dargestellt,
ist der Bereich des Ringabschnitts 132b, auf dem die Außennabe 131 angeordnet
werden soll, mit einer mechanischen Eingriffseinrichtung wie beispielsweise
mehreren Lochabschnitten 132d, die von dem Ringabschnitt 132b vorstehen,
mit einem zahnradförmigen
oder sternförmigen
Außenrand
versehen. Als Ergebnis stehen die Innennabe 132 und die
Außennabe 131 mechanisch miteinander
in Eingriff, um die Verbindungskraft zwischen der Innennabe 130 und
den Dämpfungselementen 140 zu
erhöhen.
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Nun besitzt die Riemenscheibe 110 einen Rand 110a,
der dem sternförmigen
Außenrand 130a der
Außennabe 131 zugewandt
ist. Wie in 2 dargestellt,
ist der Innenrand 110a in einem Wellenmuster geformt, um
Vorsprünge
und Vertiefungen gegenüber
jenen des sternförmigen
Außenrandes 130a der Mittelnabe 130 vorzusehen.
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Insbesondere sind der sternförmige Außenrand 130a der
Mittelnabe 130 (nachfolgend als Nabenaußenrand 130a bezeichnet)
und der Innenrand der Riemenscheibe 110 (nachfolgend als
Riemenscheibeninnenrand 110a bezeichnet) einander in einem
vorgegebenen Abstand in Radialrichtung, d.h. in der Richtung senkrecht
zur Drehachse gegenüber angeordnet.
Zusätzlich
weist der Riemenscheibeninnenrand 110a mehrere konkave
Abschnitte 110b, welche von dem Nabenaußenrand 130a oder
nach außen
wegsacken, um die Drehachse auf, um eine Wellenform zu bilden. Währenddessen
weist der Nabenaußenrand 130a mehrere
konkave Abschnitte 130b, die von dem Riemenscheibeninnenrand 110a oder
zur Mitte wegsacken, um die Drehachse auf, um eine Sternform zu
bilden.
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Dann sind die Räume zwischen den einander gegenüber liegenden
konkaven Abschnitten 110b und 130b (nachfolgend
werden diese Räume als
Dämpfungselementaufnahmeabschnitte 110c bezeichnet)
mit den Dämpfungselementen 140 versehen.
Die Dämpfungselemente 140 sind
aus einem elastischen Material gemacht, das sich elastisch verformen
kann, um mit dem Riemenscheibeninnenrand 110a und dem Nabenaußenrand 130a in
Kontakt zu kommen, um ein Drehmoment von der Riemenscheibe 110 auf
die Mittelnabe 130 zu übertragen.
Diese Dämpfungselemente 140 sind
wiederum auch als Drehmomentübertragungselemente
bekannt.
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Wie in 4 dargestellt,
enthält
der Außenrand
jedes Dämpfungselements 140 Kontaktflächen 141 mit
dem Riemenscheibeninnenrand 110a und dem Nabenaußenrand 130a.
Enden 142 der Kontaktflächen 141 sind
mit Bereichen 143 einer im allgemeinen geradlinigen Form
verbunden. Die Enden 142 sind gekrümmt, um die Dämpfungselemente 140 in eine
im allgemeinen elliptische Form zu formen.
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Wie in 5A bis 5D dargestellt, enthält der Außenrand
jedes Dämpfungselements 140 auch Nicht-Kontaktflächen 140a,
die außer
Kontakt mit dem Riemenscheibeninnenrand 110a und dem Nabenaußenrand 130a sind.
Die Nicht-Kontaktflächen 140a sind
mit Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c versehen. Die
Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c sind aus einem Material
mit einer Sauerstoffdurchlässigkeit
geringer als derjenigen der Kontaktflächen 140b gemacht,
welche mit dem Riemenscheibeninnenrand 110a und dem Nabenaußenrand 130a in
Kontakt sind.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind
die Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c aus Acrylkautschuk
gemacht. Die Kontaktflächen 140b und
die Abschnitte in den Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c sind
aus EPDM (Ethylenpropylendien-Terpolymerkautschuk)
gemacht. Die Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c und
die EPDM-Schicht darin sind miteinander integriert.
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Außerdem weist die Außennabe 131,
wie in 1 dargestellt,
eine Abdeckung 131a zum Beschränken einer Verschiebung der
Dämpfungselemente 140 über ein
vorgegebenes Maß zu
einem Ende in die Richtung der Drehachse (links in der Darstellung)
hinaus auf. Die Abdeckung 131a ist mit dem Innern der Riemenscheibe 110 mittels
ihrer Verriegelungsvorsprünge 131b,
die sich elastisch verformen können,
verriegelt und fixiert. Bezüglich
des anderen Endes in der Richtung der Drehachse (rechts in der Darstellung),
ist eine Verschiebung der Dämpfungselemente 140 über ein
vorgegebenes Maß hinaus
mittels Vorsprüngen 110c der
Riemenscheibe 110, die zu den Dämpfungselementen 140 vorstehen,
eingeschränkt.
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Es folgt nun eine Beschreibung der
allgemeinen Funktionsweise der Verbindung 100 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel.
Wenn die Riemenscheibe 110 ein Drehmoment erfährt, machen die
Riemenscheibe 110 und die Mittelnabe 130 eine Relativverschiebung,
um die Volumina der Dämpfungselementaufnahmeabschnitte 110c zu
reduzieren. Die in den Dämpfungselementaufnahmeabschnitten 110c aufgenommenen
Dämpfungselemente 140 erfahren
somit eine Kompressionsverformung und eine Scherverformung.
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Unter den Verformungen der Dämpfungselemente 140,
oder deren Kompressionsverformung und deren Scherverformung, bewirken
Verformungskomponenten in der Drehrichtung eine Reaktionskraft zum Übertragen
des Drehmoments von der Riemenscheibe 110 auf die Mittelnabe 130.
Außerdem absorbieren
die Verformungen der Dämpfungselemente 140 Drehmomentschwankungen.
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Wenn das von der Riemenscheibe 110 auf die
Mittelnabe 130 zu übertragende
Drehmoment einen vorgegebenen Wert erreicht oder übersteigt,
brechen hierbei die Brückenabschnitte 132c,
um die Drehmomentübertragung
von der Riemenscheibe 110 auf die Mittelnabe 130 zu
unterbrechen. Das heißt,
die Innennabe 132 funktioniert als ein Drehmomentbegrenzungsmechanismus
zum Verhindern einer Drehmomentübertragung über einen
vorgegebenen Wert hinaus.
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Als nächstes folgt eine Beschreibung
der Funktionsweise und der Wirkung des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen
sind die der Luft ausgesetzten Nicht-Kontaktflächen 140a der Dämpfungselemente 140 mit
den Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c versehen, sodass
es möglich
ist, das Eindringen von Sauerstoff in die Dämpfungselemente durch die Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c zu
unterdrücken.
Somit kann, selbst wenn die Temperatur der Dämpfungselemente 140 ansteigt,
verhindert werden, dass deren Außenränder, die direkt der Luft ausgesetzt
sind, oxidieren und sich verschlechtern. Dies kann einen Bruch der
Dämpfungselemente 140 unterdrücken.
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6 zeigt
ein Testergebnis, das die abgelaufene Zeit zeigt, bevor die Dämpfungselemente 140 brechen,
wenn die Dämpfungselemente 140 wiederholt
maximal möglichen
Lasten in realen Fahrzeugen unterzogen werden. Wie aus diesem Testergebnis
offensichtlich hervorgeht, zeigen die Dämpfungselemente (2)
und (3), die mit einer Sauerstoffdurchlasssperrschicht 140c versehen
sind, eine längere
Lebensdauer als diejenige des intakten Gegenstandes (1)
ohne Sauerstoffdurchlasssperrschicht 140c.
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Weitere Ausführunsgbeispiele
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In dem obigen Ausführungsbeispiel
sind die Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c aus Acrylkautschuk
gemacht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum
Beispiel können die
Sauerstoffdurchlasssperrschichten 140c auch aus Fluorsilikonkautschuk,
Silikonkautschuk, Fluorkautschuk, Polyamid, Polytetrafluorethylen,
usw. gemacht sein.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel
ist den Dämpfungselementen 140 eine
im all-gemeinen
elliptische Form verliehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch
nicht darauf beschränkt.
Weitere Formen einschließlich
einer zylindrischen Form sind ebenfalls anwendbar.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel
ist die Verbindung gemäß der vorliegenden
Erfindung auf eine Fahrzeug-Klimaanlage angewendet. Nichtsdestotrotz
ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern
kann auch auf andere Anwendungen wie beispielsweise eine stationäre Klimaanlage angewendet
werden.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel
sind die Abschnitte innerhalb der Sauerstoffdurchlasssperrschicht 140c aus
Gummi (EPDM) gemacht. Nichtsdestotrotz ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf beschränkt,
sondern kann auch andere Kunstharzmaterialien wie beispielsweise
ein Elastomere verwenden.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel
ist die Mittelnabe 130 (der mit einer angetriebenen Einheit zu
verbindende zweite Rotator) innerhalb der Riemenscheibe 110 (dem
durch die Antriebsquelle drehend angetriebenen ersten Rotator) angeordnet. Nichtsdestotrotz
kann der erste Rotator umgekehrt innerhalb des zweiten Rotators
angeordnet sein. Die Abdeckung 131a und die Vorsprünge 110c können weggelassen
werden. Außerdem
ist die Verbindung 100 konstruktiv nicht auf das obige Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern kann auch auf andere Kraftübertragungseinrichtungen wie
beispielsweise eine Gelenkkupplung oder eine elektromagnetische Kupplung
angewendet werden.
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Die Beschreibung der Erfindung ist
nur von beispielhafter Natur und daher sollen Abwandlungen, die
nicht das Konzept der Erfindung verlassen, im Schutzumfang der Erfindung
liegen. Solche Variationen sollen nicht als Verlassen des Schutzumfangs der
Erfindung angesehen werden, wie er durch die anhängenden Ansprüche definiert
ist.