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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR TRANSMITTING TORQUE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/192726
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for transmitting torque comprising a pump wheel and a turbine wheel, which are arranged at an axial offset from each other on a common axis of rotation, wherein the pump wheel and the turbine wheel can be hydrodynamically coupled to each other by means of a fluid. A first friction element is attached to the pump wheel in a torque-transmitting manner and a second friction element is attached to the turbine wheel in a torque-transmitting manner, wherein the friction elements are designed to be pressed against each other axially in order to produce a frictional engagement. One of the friction elements is attached to the wheel associated therewith in an axially movable manner.

Inventors:
MAIENSCHEIN STEPHAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2016/200250
Publication Date:
December 08, 2016
Filing Date:
May 25, 2016
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
F16H45/02
Foreign References:
DE102014224114A12015-06-03
FR2428188A11980-01-04
FR2317556A11977-02-04
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

Einrichtung (100) zur Übertragung von Drehmoment mit:

- einem Pumpenrad (1 10) und einem Turbinenrad (1 15), die auf einer gemeinsamen Drehachse (105) axial versetzt angeordnet sind,

- wobei das Pumpenrad (1 10) und das Turbinenrad (1 15) mittels eines Fluids (120) hydrodynamisch miteinander koppelbar sind;

- einem ersten Reibelement (135), das drehmomentschlüssig am Pumpenrad (1 10) angebracht ist;

- einem zweiten Reibelement (140), das drehmomentschlüssig am Turbinenrad (1 15) angebracht ist;

- wobei die Reibelemente (135, 140) dazu eingerichtet sind, axial aneinander gepresst zu werden, um einen Reibschluss zu erzeugen;

dadurch gekennzeichnet, dass

- eines der Reibelemente (135, 140) axial beweglich an dem ihm zugeordneten Rad (1 10, 1 15) angebracht ist.

Einrichtung (100) nach Anspruch 1 , ferner umfassend ein elastisches axiales Anpresselement (155), das zwischen dem axial beweglichen Reibelement (135, 140) und dem ihm zugeordneten Rad (1 10, 1 15) angebracht ist.

Einrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei das Anpresselement (155) dazu eingerichtet ist, am axial beweglichen Reibelement (135, 140) auf einem um die Drehachse (105) umlaufenden Linienkontakt (175) anzuliegen.

Einrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei mehrere, radial versetzte, um die Drehachse (105) umlaufende Linienkontakte (175) vorgesehen sind.

Einrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei das axiale Anpresselement (155) derart geformt ist, dass der Linienkontakt (175) mit steigender axialer Anpresskraft zwischen den Reibelementen (135, 140) radial nach außen wandert. 6. Einrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Dreh- momentschluss zwischen dem beweglichen Reibelement (135, 140) und dem ihm zugeordneten Rad (1 10, 1 15) mittels einer Verzahnung (145) hergestellt ist.

7. Einrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Anpresselement (155) drehmomentschlüssig an dem ihm zugeordneten Rad (1 10, 1 15) angebracht ist und der Drehmomentschluss zwischen dem beweglichen Reibelement (135, 140) und dem Rad (1 10, 1 15) durch das Anpresselement (155) verläuft.

8. Einrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Anpresselement (155) drehmomentschlüssig an dem ihm zugeordneten Rad (1 10, 1 15) angebracht ist und derart geformt ist, dass es noch eine weitere Funktion an der Einrichtung (100) erfüllt.

9. Einrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an einem der Reibelemente (135, 140) ein Reibbelag (150) vorgesehen ist.

10. Einrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung (100) dazu eingerichtet ist, in einem Flüssigkeitsbad zu laufen.

Description:
Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment. Insbesondere betrifft die Erfindung einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einer inte- grierten Überbrückungskupplung. Ein hydrodynamischer Drehmomentwandler um- fasst ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind. Mittels eines Fluids sind die beiden Räder hydrodynamisch miteinander gekoppelt, sodass ein Drehmoment übertragen werden kann, wenn sich die beiden Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen um die Drehachse drehen. Um Strö- mungsverluste zu vermeiden, kann eine Überbrückungskupplung eingesetzt werden, die bei höheren Drehzahlen geschlossen wird und eine Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad bis auf Null verringern kann.

In einer Ausführungsform ist die Überbrückungskupplung integriert mit dem hydrody- namischen Drehmomentwandler ausgeführt, wobei ein erstes Reibelement am Pumpenrad und ein zweites am Turbinenrad ausgebildet ist. Eine axiale Anpresskraft zum Aneinanderpressen der Reibelemente kann ein Fluid verwenden, das unter dem Ein- fluss von Fliehkraft einen hydraulischen Druck im Bereich eines der Reibelemente aufbaut.

Integriert mit dem Pumpenrad bzw. dem Turbinenrad ausgeführte Reibelemente weisen üblicherweise eine geringe Wandstärke auf und sind daher bezüglich einer Anschmiegung aneinander ungünstig. Ein axialer Anpressdruck zwischen den Reibelementen kann dadurch ungleichmäßig sein, wozu es zu einer lokalen Überhöhung von Anpresskraft kommen kann. Die Reibelemente können in diesem Bereich überhitzt werden, was in einen gesteigerten Verschleiß oder einer dauerhaften Verformung eines der Reibbeläge resultieren kann. Außerdem kann das Fluid in diesem Bereich stark thermisch belastet werden, wodurch es ebenfalls geschädigt werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment bereitzustellen, die zumindest eine wie diese Nachteile überkommt. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.

Eine Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment umfasst ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die auf einer gemeinsamen Drehachse axial versetzt angeordnet sind, wobei das Pumpenrad und das Turbinenrad mittels eines Fluids hydrodynamisch miteinander koppelbar sind. Am Pumpenrad ist ein erstes Reibelement drehmomentschlüssig angebracht und am Turbinenrad ist ein zweites Reibelement drehmomentschlüssig angebracht, wobei die Reibelemente dazu eingerichtet sind, axial aneinan- der gepresst zu werden, um einen Reibschluss zu erzeugen. Dabei ist eines der Reibelemente axial beweglich an dem ihm zugeordneten Rad angebracht.

Das axial bewegliche Reibelement kann insbesondere als Lamelle ausgeführt sein. Das Reibelement kann unabhängig von dem ihm zugeordneten Rad dimensioniert bzw. ausgeführt werden, sodass beispielsweise eine Steifigkeit oder eine Materialstärke verbessert so gewählt werden können, dass der Reibschluss zwischen dem Reibelement und dem anderen Reibelement gleichmäßig hergestellt werden kann. Ein axialer Druck auf die Reibelemente kann dadurch auf einem Umfang um die Drehachse verbessert verteilt sein. Der Reibschluss zwischen den Reibelementen kann da- durch auf dem genannten Umfang ebenfalls verbessert verteilt sein, sodass die Reibelemente eine verbesserte Haltbarkeit aufweisen können. Außerdem kann das Öff- nungs- und Schließverhalten der Überbrückungskupplung, die durch die Reibelemente gebildet ist, verbessert sein. Eine Reibkontaktfläche zwischen den Reibelementen kann dabei eben, konisch oder sphärisch ausgeführt sein. Das axial bewegliche Reib- element kann so an eine Form des Pumpenrads oder des Turbinenrads verbessert angepasst sein.

Bevorzugterweise umfasst die Einrichtung ferner ein elastisches axiales Anpresselement, das zwischen dem axial beweglichen Reibelement und dem ihm zugeordneten Rad angebracht ist. In einer Ausführungsform ist das Anpresselement selbst axial elastisch verformbar. Beispielsweise kann das Anpresselement ein um die Drehachse umlaufendes Blech mit einem L-förmigen Querschnitt aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann sich das axiale Anpresselement beispielsweise gegenüber ei- nem umlaufenden Blech abstützen, das fest mit dem zugeordneten Rad verbunden ist. In diesem Fall kann das Anpresselement beispielsweise als O-Ring ausgeführt sein. Der O-Ring kann in einer axialen Nut des umlaufenden Blechs in radialer Richtung gehalten sein.

Das Anpresselement ist bevorzugterweise dazu eingerichtet, am axial beweglichen Reibelement auf einem um die Drehachse umlaufenden Linienkontakt anzuliegen. Man spricht dabei auch von einem Andruckpunkt, der vorzugsweise als umlaufender Linienkontakt ausgeführt ist. Die Verteilung der axial wirkenden Kraft des Anpress- elements in radialer Richtung auf das Reibelement kann dadurch verbessert sein.

In einer weiteren Ausführungsform können auch mehrere, radial versetzte, um die Drehachse umlaufende Linienkontakte vorgesehen sein. Beispielsweise können zwei Linienkontakte mit unterschiedlichen Radien vorgesehen sein. Dabei kann es günstig sein, die axiale Höhe der Linienkontakte unterschiedlich zu gestalten. Vorzugsweise liegen radial außen liegende Linienkontakte axial näher am anderen Reibelement als im Vergleich dazu radial weiter innen liegende. Die Anpresskraft des Anpresselements auf das Reibelement kann dadurch noch besser verteilt werden. In noch einer weiteren Ausführungsform ist das axiale Anpresselement derart geformt, dass der Linienkontakt mit steigender axialer Anpresskraft zwischen den Reibelementen radial nach außen wandert. Dazu kann das axiale Anpresselement ein um die Drehachse umlaufendes Blech mit einem radialen Abschnitt umfassen, wobei der radiale Abschnitt axial elastisch ausgeführt ist. Außerdem ist der radiale Abschnitt so ge- formt, dass sich ein Linienkontakt zwischen ihm und dem axial beweglichen Reibelement ergibt. Mit steigender Anpresskraft wird der radiale Abschnitt so verformt, dass der Linienkontakt radial nach außen wandert. Insbesondere das Schließen der die Reibelemente umfassenden Überbrückungskupplung kann so gleichmäßiger oder ruckfreier erfolgen.

Bevorzugterweise ist der Drehmomentschluss zwischen dem beweglichen Reibelement und dem ihm zugeordneten Rad mittels einer Verzahnung hergestellt. Die Ver- zahnung kann alternativ radial oder axial ausgeführt sein. Die axiale Beweglichkeit des Reibelements kann bei gleichzeitig gutem Drehmomentschluss sichergestellt sein.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Anpresselement drehmoment- schlüssig an dem ihm zugeordneten Rad angebracht und der Drehmomentschluss zwischen dem beweglichen Reibelement und dem Rad verläuft durch das Anpresselement. Eine Verzahnung kann so zwischen dem Reibelement und dem Anpresselement wirken, sodass das Pumpen- oder das Turbinenrad nicht mit einer Verzahnung versehen werden muss. Die Konstruktion, der Aufbau und die Montage des Pumpen- bzw. Turbinenrads können dadurch unbeeinflusst von der Auslegung der Überbrückungskupplung sein. In weiteren Ausführungsformen kann der Drehmomentschluss zwischen dem beweglichen Reibelement und dem Rad auch über ein anderes Element verlaufen, das vorzugsweise drehmomentschlüssig mit dem Rad verbunden ist.

Das Anpresselement kann drehmomentschlüssig an dem ihm zugeordneten Rad angebracht und derart geformt sein, dass es noch eine weitere Funktion an der Einrichtung erfüllt. Diese Funktion kann beispielsweise die Aufnahme oder Abstützung eines elastischen Elements umfassen, über das ein Drehmoment ein- oder ausgeleitet wer- den kann. Das elastische Element kann insbesondere eine Zylinderfeder oder eine Bogenfeder umfassen.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass an wenigstens einem der Reibelemente ein Reibbelag vorgesehen ist. Das Reibungs- oder Verschleißverhalten des Reibelements kann so verbessert sein.

Außerdem ist bevorzugt, dass die Einrichtung dazu eingerichtet ist, in einem Flüssigkeitsbad zu laufen. Die Flüssigkeit kann insbesondere ein Fluid umfassen, das auch zur hydrodynamischen Koppelung des Pumpenrads mit dem Turbinenrad verwendet werden kann.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen: Fig. einen hydrodynamischen Drehmomentwandler; und

Fign beispielhafte Ausführungsformen einer integrierten axialen Überbrü- ckungskupplung am Drehmomentwandler von Fig. 1 darstellen.

Figur 1 zeigt einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 100. Dabei ist in Figur 1A ein Halbschnitt durch den Drehmomentwandler 100 und Figur 1 B ein Detail des Drehmomentwandlers 100 aus Figur 1 dargestellt.

Der Drehmomentwandler 100 weist eine Drehachse 105 auf, um die ein Pumpenrad 1 10 und ein Turbinenrad 1 15 drehbar axial versetzt angeordnet sind. Im Folgenden werden das Pumpenrad 1 10 und das Turbinenrad 1 15 zusammenfassend als Räder 1 10, 1 15 bezeichnet. In einem Bereich zwischen den Rädern 1 10, 1 15 kann ein Fluid 120 eingebracht werden, um eine hydrodynamische Kopplung der Räder 1 10, 1 15 zu bewirken. Zur Führung des Fluids 120 können weitere Elemente vorgesehen sein, die rein beispielhaft in Figur 1 A dargestellt sind, hier aber nicht weiter diskutiert werden. Integriert mit den Rädern 1 10, 1 15 ist eine Überbrückungskupplung 125 ausgebildet, die dazu eingerichtet ist, einen Reibschluss aufzubauen, um einen Drehzahlunterschied zwischen dem Pumpenrad 1 10 und dem Turbinenrad 1 15 zu verringern. Dabei wirkt die Überbrückungskupplung 125 bevorzugterweise erst, wenn sich die Räder 1 10, 1 15, und dabei insbesondere das Pumpenrad 1 10, mit einer ausreichend hohen Drehzahl um die Drehachse 105 drehen. Die Überbrückungskupplung 125 ist bevorzugterweise auf einer radialen Außenseite eines Bereichs angeordnet, in dem das Fluid 120 zwischen dem Pumpenrad 1 10 und dem Turbinenrad 1 15 zur Übertragung eines Drehmoments ausgetauscht wird. Bevorzugterweise ist die Überbrückungskupplung 125 fluiddicht zwischen einem Gehäuse 130, das sich vom Pumpen- rad 1 10 aus radial nach innen erstreckt, und dem Turbinenrad 1 15 angeordnet. In diesem Raum kann sich bei höheren Drehzahlen Fluid 120 ansammeln, das dann einen hydraulischen Druck auf Überbrückungskupplung 125 ausübt, um diese zu schließen. Die Überbrückungskupplung 125 umfasst ein erstes Reibelement 135, das dem Pumpenrad 1 10 zugeordnet und mit diesem drehmomentschlüssig verbunden ist, und ein zweites Reibelement 140, das dem Turbinenrad 1 15 zugeordnet und mit diesem drehmomentschlüssig verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform ist das ers- te Reibelement 135 integriert mit dem Pumpenrad 1 10 ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform kann das erste Reibelement 135 integriert ausgeführt sein. Das zweite Reibelement 140 ist separat ausgeführt und in der dargestellten Ausführungsform mittels einer Verzahnung 145 drehmomentschlüssig mit dem Turbinenrad 1 15 gekoppelt. Bevorzugterweise ist an einem der Reibelemente 135, 140 ein Reibbelag 150 vorgesehen. Ein axiales Anpresselement 155 ist dazu eingerichtet, das zweite Reibelement 140 axial gegen das erste Reibelement 135 zu drücken. Eine Reibkontaktfläche 160 zwischen den Reibelementen 135 und 140 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen eben, konisch oder sphärisch ausgeführt sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Reibkontaktfläche 160 eben und erstreckt sich in einer Rota- tionsebene um die Drehachse 105. In radialer Richtung ist die Reibkontaktfläche 160 zwischen einem inneren Radius 165 und einem äußeren Radius 170 begrenzt. Ein Andruckpunkt 175 zwischen dem Anpresselement 155 und dem zweiten Reibelement 140 liegt bevorzugterweise auf einem Radius 180, der zwischen den Radien 165 und 170 der Reibkontaktfläche 160 liegt. Dabei ist weiter bevorzugt, dass der Andruck- punkt 175 auf einem Umfang um die Drehachse 105 kreisförmig ausgebildet ist, sodass sich ein umlaufender Linienkontakt ergibt. Das Anpresselement 155 ist in axialer Richtung gegenüber dem Turbinenrad 1 15 abgestützt, wozu in der vorliegenden Ausführungsform exemplarisch eine Schweißverbindung gewählt wurde. Die elastische Anpresskraft des Anpresselements 155 wird hierbei durch eine axiale elastische Ver- formbarkeit des Anpresselements 155 realisiert. In anderen Ausführungsformen kann auch ein rein axial wirkendes elastisches Anpresselement 155 verwendet werden, das sich gegenüber einem steifen oder elastischen Element abstützt, das am Turbinenrad 1 15 angebracht ist. Beispielsweise kann das Anpresselement 155 einen O-Ring umfassen, der in einer Nut gehalten ist, die an einem Halteelement ausgebildet ist, das in einer Ausführungsform im Wesentlichen die Form des in Figur 1 B dargestellten Anpresselements 155. Die grundsätzliche Funktionsweise der Überbrückungskupplung 125 von Figur 1 kann auf vielfältige Weisen variiert werden. Insbesondere kann statt des zweiten Reibele- ments 140 das erste Reibelement 135 axial beweglich ausgeführt sein. Weitere Variationen werden mit Bezug auf die folgenden Figuren 2 bis 10 kurz erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die einzelnen vorgestellten Merkmale grundsätzlich untereinander und mit anderen, oben genannten Ausführungsbeispielen kombinierbar sind.

Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der von Figur 1 B. Durch die vergrößerte Darstellung und den Verzicht auf einige Bezugszeichen lassen sich Einzelheiten besser erkennen.

In der Ausführungsform von Figur 3 ist die Reibkontaktfläche 160 im Querschnitt gegenüber der Drehachse 105 geneigt, sodass sie insgesamt die Form eines Kegelstumpfs annimmt. Die Verzahnung 145 am zweiten Reibelement 140 erstreckt sich in der dargestellten Ausführungsform jedoch wie in der von Figur 2 in rein radialer Richtung.

In der Ausführungsform von Figur 4 ist anstelle des Anpresselements 155 der Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 ein Abstützelement 405 mit ähnlicher Form vorgese- hen. Axial zwischen dem Abstützelement 405 und dem zweiten Reibelement 140 ist das Anpresselement 155 vorgesehen, das beispielsweise ein Kautschuk- oder Elastomerprodukt umfassen kann. Das Abstützelement 405 kann eine um die Drehachse 105 umlaufene Nut zur Fixierung des Anpresselements 155 aufweisen. In radialer Richtung erstreckt sich das Anpresselement 155 zwischen den Radien 165 und 170 der Reibkontaktfläche 160, wie in Figur 1 B dargestellt ist. Im Vergleich zu den zuvor genannten Ausführungsformen kann das Anpresselement 155 jedoch breiter gestaltet sein, wodurch eine homogenere Verteilung der axialen Anpresskraft auf das zweite Reibelement 140 bewirkt werden kann. Außerdem kann eine Fluiddichtigkeit zwischen dem Turbinenrad 1 15 und dem zweiten Reibelement 140 durch das breitere Anpresselement 155 verbessert sein.

In der Ausführungsform von Figur 5 sind zwei Andruckpunkte 175 zwischen dem Anpresselement 155 und dem zweiten Reibelement 140 vorgesehen. Die beiden An- druckpunkte 175 sind radial versetzt und fallen bevorzugterweise beide in den Bereich zwischen den Radien 165 und 170. Dabei kann der radial weiter außen liegende An- druckpunkt 175 axial näher am zweiten Reibelement 140 liegen als der radial weiter innen gelegene. Die dargestellten Andruckpunkte 175 bilden wieder Linienkontakte, die um die Drehachse 105 umlaufen. In weiteren Ausführungsformen sind auch drei oder mehr Andruckpunkte 175 möglich. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Anpresselement 155 auch so gestaltet werden, dass der Andruckpunkt 175 mit steigender axialer Belastung des Anpresselements 155 radial verschoben wird. Dabei sollte er jedoch im Bereich zwischen den Radien 165 und 170 bleiben.

In der Ausführungsform von Figur 6 erfolgt die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Turbinenrad 1 15 und dem zweiten Reibelement 140 über das Abstützelement 405. Dazu ist die Verzahnung 145 zwischen dem zweiten Reibelement 140 und dem Abstützelement 405 vorgesehen. Rein exemplarisch liegt die Verzahnung 145 radial außerhalb der Reibkontaktfläche 160. In anderen Ausführungsformen kann das Drehmoment auch alternativ oder zusätzlich durch das Anpresselement 155 geführt werden.

Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Drehmoment nicht unmittelbar zwischen dem zweiten Reibelement 140 und dem Turbinenrad 1 15 übertragen wird. Hier ist die Verzahnung 145 jedoch anders als bei der Ausführungsform von Figur 6 radial innerhalb der Reibkontaktfläche 160 vorgesehen.

Bei der Ausführungsform von Figur 8 ist das Anpresselement 155 so geformt, dass es noch eine weitere Funktion ausüben kann. In der dargestellten Ausführungsform dient es insbesondere der radialen Halterung und/oder Drehmomentübertragung an ein elastisches Element 805, das auf einem Umfang um die Drehachse 105 wirkt. Das elastische Element 805 kann eine Zylinder- oder Bogenfeder umfassen und zum Ein- oder Auskoppeln eines Drehmoments dienen.

Figuren 9 und 10 zeigen Ausführungsformen, bei denen statt des zweiten Reibelements 140 das erste Reibelement 135 axial beweglich ausgeführt ist. Dabei überträgt das erste Reibelement 135 zumindest einen Teil des über das zweite Reibelement 140 eingeleiteten Drehmoments über eine zusätzliche Verbindung mit dem Pumpenrad 1 10, beispielsweise über die dargestellte Verzahnung 145 oder auch beispielsweise eine Verstemmung, eine Verschweißung oder eine andere Verbindung.

Bezugszeichenliste

100 Einrichtung zur Übertragung von Drehmoment

105 Drehachse

1 10 Pumpenrad

1 15 Turbinenrad

120 Fluid

125 Überbrückungskupplung

130 Gehäuse

135 erstes Reibelement

140 zweites Reibelement

145 Verzahnung

150 Reibbelag

155 Anpresselement

160 Reibkontaktfläche

165 innerer Radius

170 äußerer Radius

175 Andruckpunkt / Linienkontakt

180 Radius

405 Abstützelement

805 elastisches Element




 
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