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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stellglied, das einen
Gleiter entlang eines Rahmen linear hin und her bewegen kann.
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Transportmechanismen,
wie Stellglieder, werden bspw. dazu verwendet, Werkstücke zu transportieren.
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Wie
in 12 dargestellt ist,
weist ein herkömmliches
Stellglied bspw. einen inneren Block 2 auf, der innerhalb
einer äußeren Schiene 1 angeordnet
und in axialer Richtung verschiebbar ist. Eine Kugelspindel 3 steht
in Gewindeeingriff mit einem im Wesentlichen zentralen Bereich des
inneren Blockes 2.
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Die äußere Schiene 1 umfasst
ein Paar von Innenwandflächen 1a, 1b,
die so ausgebildet sind, dass das Paar von Innenwandflächen 1a, 1b dem
inneren Block 2 zugewandt ist. Ein Paar von Kugelwälznuten 4a, 4b,
die sich in der axialen Richtung erstrecken, ist an den Innenwandflächen 1a, 1b ausgebildet.
Nicht dargestellte Kugelnuten sind an beiden Seitenflächen des
inneren Blockes 2 gegenüber
den Kugelwälznuten 4a, 4b ausgebildet.
Rückführdurchgänge 7,
in denen eine Vielzahl von Kugeln 6 zirkuliert, sind in
dem inneren Block 2 ausgebildet. Der innere Block 2 wird
zur Verschiebung entlang der äußeren Schiene 1 durch
die Kugeln 6 geführt,
die durch die Rückführdurchgänge 7,
die Kugelwälznuten 4a, 4b und
die Kugelnuten (nicht dargestellt) zirkulieren können.
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Die
Kugelspindel 3, die integral mit einer Antriebsquelle,
bspw. einem nicht dargestellten Elektromotor, verbunden ist, wird
gedreht, und der innere Block, der in Gewindeeingriff mit der Kugelspindel 3 steht,
wird linear in der axialen Richtung der äußeren Schiene 1 durch
die Drehwirkung der Kugelspindel 3 verschoben (vgl. bspw.
die JP 2003-074551 A).
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Das
Stellglied gemäß der JP
2003-074551 A wiest einen Aufbau auf, bei dem eine Vielzahl von Kugeln 6 durch
die Rückführdurchgänge 7 in
dem inneren Block 2, die Kugelwälznuten 4a, 4b und
die nicht dargestellten Kugelnuten zirkuliert, wenn der innere Block 2 durch
den Antrieb der Antriebsquelle entlang der äußeren Schiene 1 verschoben
wird. Da ein Gleitwiderstand erzeugt wird, wenn die Kugeln 6 durch
die Kugelwälznuten 4a, 4b und
die Kugelnuten zirkulieren, treten aber an dem inneren Block 2 und den
Innenwandflächen 1a, 1b der äußeren Schiene 1 Abrasionen
auf.
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Daher
werden die äußere Schiene 1 mit
den Kugelwälznuten 4a, 4b und
der innere Block 2 mit den Kugelnuten jeweils aus einem
metallischen Material (bspw. rostfreiem Stahl) geformt, das einer
Wärmebehandlung
(d. h. einem Härten)
unterworfen werden kann, und sowohl die äußere Schiene 1 als
auch der innere Block 2 werden einer solchen Wärmebehandlung
unterworfen. Dementsprechend wird die Abrasion, die durch die Gleitwirkung
der Kugeln 6 auftritt, durch Vergrößerung der Härte der
Kugelwälznuten 4a, 4b und
der Kugelnuten unterdrückt.
Durch die Wärmebehandlung
der äußeren Schiene 1 und des
inneren Blockes 2 werden jedoch zusätzliche Kosten verursacht und
die Zahl der Produktionsschritte vergrößert.
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In
jüngerer
Zeit haben Forderungen nach Stellgliedern mit geringem Gewicht zugenommen,
so dass Anstrengungen unternommen werden, das Gewicht der Stellglieder
weiter zu reduzieren.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stellglied vorzuschlagen,
das preiswert und mit geringem Gewicht hergestellt werden kann,
wobei eine Abrasion der Gleitbereiche eines Führungsmechanismus vermieden
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird mit der Erfindung im Wesentlichen durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung
näher erläutert. Dabei
bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale
für sich
oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt eine perspektivische
Ansicht eines Stellgliedes gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine perspektivische
Explosionsteilansicht der Stellgliedes gemäß 1;
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3 zeigt eine teilweise aufgebrochene Draufsicht,
die einen Zustand darstellt, in dem eine obere Abdeckung von dem
Stellglied gemäß 1 abgenommen ist;
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4 zeigt einen Schnitt in
axialer Richtung des Stellgliedes gemäß 2;
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5 zeigt einen Schnitt in
der axialen Richtung, der einen Fall darstellt, bei dem erste und
zweite Gehäuse
und ein Rahmen des Stellgliedes gemäß 1 in integrierter Weise ausgebildet sind;
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6 zeigt einen Schnitt entlang
der Linie VI-VI in 1;
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7 zeigt einen Schnitt durch
eine modifizierte Ausführungsform
des Stellgliedes gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt eine teilweise aufgebrochene perspektivische
Ansicht eines Stellgliedes gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt eine vergrößerte Teildraufsicht, die
einen Zustand darstellt, in dem eine obere Abdeckung von dem Stellglied
gemäß 2 abgenommen ist;
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10 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt in
axialer Richtung, der wesentliche Merkmale in der Nähe einer
Antriebseinheit des Stellgliedes gemäß 8 darstellt;
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11 zeigt einen Schnitt entlang
der Linie XI-XI in 8;
und
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12 zeigt eine teilweise
aufgebrochene perspektivische Ansicht eines Stellgliedes gemäß dem Stand
der Technik.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Mit
Bezug auf die 1 bis 4 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein
Stellglied gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Das
Stellglied 10 umfasst einen Rahmen 14 (vgl. 2), der eine Vielzahl von
Befestigungsöffnungen 12 (vgl. 2 und 3) aufweist und integral mit einem Paar
von Seitenwänden 14b, 14c ausgebildet
ist, die einander gegenüberliegend
an einer flachen, plattenförmigen
Bodenwand 14a angebracht sind. Eine Drehantriebsquelle 16 ist
an einem Ende des Rahmens 14 vorgesehen. Das Stellglied 10 umfasst
außerdem
einen Antriebskraftübertragungsmechanismus 18,
der die Drehantriebskraft der Drehantriebsquelle 16 in
eine geradlinige Bewegung, die auf einen Gleiter 20 übertragen
wird, der in axialer Richtung des Rahmens 14 entsprechend
der von dem Antriebskraftübertragungsmechanismus 18 übertragenen
geradlinigen Bewegung verschiebbar ist, umwandelt, und einen Führungsmechanismus 22,
der den Gleiter 20 in der axialen Richtung des Rahmens 14 führt.
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Der
Rahmen 14 ist integral ausgebildet, bspw. durch einen Extrusions-
oder Ziehprozess mit einem leichten Legierungsmaterial, bspw. einem Leichtmetall,
wie einer Aluminiumlegierung, oder einem leichtgewichtigen hochfesten
Kunststoffmaterial, wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) mit
Kohlenstofffasern. Ein erstes Gehäuse 24 ist integral
mit einem axialen Ende des Rahmens 14 durch Bolzenelemente 28 verbunden.
Ein zweites Gehäuse 26 ist
mit dem anderen axialen Ende des Rahmens 14 durch Bolzenelemente 28 integral
verbunden.
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Erste
und zweite Seitenabdeckungen 30 und 32, die jeweils
einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt
aufweisen, sind lösbar
an oberen Flächen
des ersten Gehäuses 24 und
des zweiten Gehäuses 26 mit
Hilfe von Gewindeele menten 34 angeordnet, so dass das erste
Gehäuse 24 und
das zweite Gehäuse 26 miteinander
verbunden sind. Die ersten und zweiten Seitenabdeckungen 30, 32 dienen der
Abdeckung der oberen Flächen
und von Teilen der Seitenflächen
des ersten Gehäuses 24 und
des zweiten Gehäuses 26 und
decken auch einen oberen Bereich des Rahmens 14 ab.
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Ein
Paar von oberen Abdeckungen 36 sind lösbar an oberen Flächen des
ersten Gehäuses 24 und
des zweiten Gehäuses 26 zwischen
den ersten und zweiten Seitenabdeckungen 30, 32 mit
Hilfe von Gewindeelementen 34 angebracht. Das bedeutet, dass
obere Flächen
der ersten und zweiten Gehäuse 24, 26 in
ihrer Gesamtheit durch die oberen Abdeckungen 36 und die
ersten und zweiten Seitenabdeckungen 30, 32 abgedeckt
werden.
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Stopperelemente 38,
die Stöße mindern,
die bei Verschieben und Anschlagen des Gleiters 20 auftreten,
sind an den dem Gleiter 20 gegenüberliegenden Enden des ersten
Gehäuses 24 bzw.
des zweiten Gehäuses 26 vorgesehen
(vgl. 3).
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Wie
in 6 dargestellt ist,
erstreckt sich ein Paar erster Langnuten 40a, 40b,
die jeweils ausgespart sind und einen rechteckigen Querschnitt aufweisen,
in der axialen Richtung entlang von Bereichen des Rahmens 14,
die in der Nähe
der Bodenfläche
der Innenwand angeordnet sind. Lange Führungsschienen 42a, 42b,
die im Wesentlichen die gleiche Querschnittsgestalt aufweisen wie
die ersten Langnuten 40a, 40b, sind in den ersten
Langnuten 40a, 40b angebracht. Das Paar erster
Langnuten 40a, 40b ist so ausgebildet, dass sie
einander an gegenüberliegenden
Seiten des Rahmens 14 gegenüberliegen.
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Wie
in 4 dargestellt ist,
ist die Drehantriebsquelle 16 mit Hilfe nicht dargestellter
Gewindeelemente mit einem Bodenflächenbereich des ersten Gehäuses 24 verbunden.
Eine Antriebswelle 44 der Drehantriebsquelle 16 ist über eine Öffnung 50 mit
einer Antriebsscheibe 48 verbunden, die in einer Aussparung 46 des
ersten Gehäuses 24 angeordnet
ist. Die Antriebsscheibe 48 ist drehbar in der Aussparung 46 gehalten.
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Das
erste Gehäuse 24,
in dem die Drehantriebswelle 16 und die Antriebsscheibe 48 vorgesehen
sind, dient als eine einzelne Antriebseinheit (erste Einheit). Das
bedeutet, dass bspw. wenn der Rahmen 14 ausgetauscht wird,
um den Hub des Stellgliedes 10 zu ändern, der Vorgang des Austauschs
des Rahmens 14 einfach durchgeführt werden kann, indem lediglich
die Antriebseinheit an einem Ende eines anderen Rahmens angebracht
wird. Außerdem ist
es möglich,
gemeinsame Teile zu verwenden, da die Antriebseinheit so verwendet
werden kann wie sie ist.
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Andererseits
ist eine Abtriebsscheibe 54 drehbar in einer Aussparung 52 gehalten,
die in dem zweiten Gehäuse 26 ausgebildet
ist. Ein Riemenelement 56, das sich im Wesentlichen parallel
zu dem Rahmen 40 erstreckt, läuft ringförmig über die Antriebsscheibe 48 und
die Abtriebsscheibe 54. Dies bedeutet, dass die Antriebsscheibe 48,
die Abtriebsscheibe 54 und das Riemenelement 56 als
der Antriebskraftübertragungsmechanismus 18 dienen, um
die Drehantriebskraft der Drehantriebsquelle 16 auf den
mit dem Riemenelement 56 verbundenen Gleiter 20 zu übertragen.
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Das
zweite Gehäuse 26,
in dem die Abtriebsscheibe 54 vorgesehen ist, dient als
eine einzelne angetriebene Einheit (zweite Einheit). Das bedeutet, dass
bspw. wenn der Rahmen 14 ausgetauscht wird, um den Hub
des Stellgliedes 10 zu ändern,
der Vorgang des Austausches des Rahmens 14 einfach durchgeführt werden
kann, indem lediglich die angetriebene Einheit an einem Ende eines
anderen Rahmens angebracht wird. Außerdem ist es möglich, gemeinsame
Teile einzusetzen, da die angetriebene Einheit so verwendet werden
kann wie sie ist.
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Eine
säulenförmige Scheibenwelle 58 ist
in einen im Wesentlichen zentralen Bereich der Abtriebsscheibe 54 mit
Hilfe einer Mehrzahl von Lagern eingesetzt. Die Scheibenwelle 58 wird
durch Gewindeeingriff mit einer Einstellplatte 60, die
in der Aussparung 52 des zweiten Gehäuses 26 angebracht
ist, befestigt. Wie in 3 dargestellt
ist, ist die Einstellplatte 60 mit Hilfe von Gewindeelementen 62 in
der Aussparung 52 des zweiten Gehäuses 26 in einer Richtung
befestigt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse steht. Außerdem ist
die Einstellplatte 60 so angeordnet, dass sie entlang einer
Vielzahl von Langlöchern 64,
mit denen die Gewindeelemente 62 in Eingriff stehen, verschiebbar
ist, d.h. in axialer Richtung des zweiten Gehäuses 26.
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Eine
Einstellschraube 68 steht über eine Öffnung 66, die durch
das zweiten Gehäuse 26 hindurchtritt,
in Gewindeeingriff mit der Einstellplatte 60. Der Kopf
der Einstellschraube 68 ist in der Öffnung 66 aufgenommen,
so dass der Kopf nicht von der Endfläche des zweiten Gehäuses 26 vorsteht
(vgl. 4).
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Wenn
die Einstellschraube 68 gedreht wird, wird die Einstellplatte 60 in
axialer Richtung des Rahmens 14 verschoben. Daher kann
die an der Einstellplatte 60 befestigte Abtriebsscheibe 54 integral
mitverschoben werden. Dementsprechend ist es möglich, die Spannung des Riemenelementes 56,
das über
die Antriebsscheibe 48 und die Abtriebsscheibe 54 läuft, einzustellen.
Dies bedeutet, dass bspw. wenn die Einstellschraube 68 von
außen
mit Hilfe von bspw. einem Sechskantschlüssel gedreht wird, um den Grad
des Gewindeeingriffs mit der Einstellplatte 60 anzupassen,
die Einstellplatte 60 um eine geringe Strecke entlang der
Langlöcher 64,
durch welche die Gewindeelemente 62 mit der Einstellplatte 60 in
Eingriff stehen, in der Aussparung 52 des zweiten Gehäuses 26 verschoben
wird. Dadurch ist es möglich, die
Spannung des Riemenelementes 56 in optimaler Weise einzustellen.
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Wie
in 6 dargestellt ist,
besteht der Gleiter 20 in der gleichen Weise wie der Rahmen 14 aus einer
Leichtmetalllegierung, einem Leichtmetallmaterial, wie einer Aluminiumlegierung,
oder einem leichtgewichtigen hochfesten Kunststoffmaterial, wie
kohlenstofffaserverstärktem
Kunststoff (CFRP), das Kohlenstofffasern enthält. Der Gleiter 20 ist
so angeordnet, dass er in axialer Richtung innerhalb des Rahmens 14 verschiebbar
ist.
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Der
Gleiter 20 umfasst einen Grundkörperabschnitt 70,
der im Wesentlichen zentral angeordnet ist und etwas nach oben zwischen
der ersten Seitenabdeckung 30 und der zweiten Seitenabdeckung 32 vorsteht,
ein Paar von Flanschabschnitten 72a, 72b, die
voneinander einen festgelegten Abstand aufweisen, auf beiden Seiten
des Grundkörperabschnitts 70,
und Abstandsabschnitte 74a, 74b, die zwischen
dem Grundkörperabschnitt 70 und
den Flanschabschnitten 72a, 72b ausgebildet sind.
Ein Tisch oder dgl., auf dem ein Werkstück mit Hilfe nicht dargestellter
Schrauben oder dgl. platziert ist, ist an einer oberen Fläche des
Grundkörperabschnitts 70 angebracht.
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Die
Flanschabschnitte 72a, 72b weisen eine geringere
Höhe auf
als der Grundkörperabschnitt 70. Zweite
Langnuten 76a, 76b mit rechteckigem Querschnitt
sind um eine festgelegte Tiefe zurückgesetzt und erstrecken sich
in axialer Richtung entlang beider Seitenflächen des Gleiters 20 gegenüber dem Rahmen 14.
Die zweiten Langnuten 76a, 76b sind an Positionen
ausgebildet, die den ersten Langnuten 40a, 40b in
dem Rahmen 14 jeweils gegenüberliegen.
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Die
Abstandsabschnitte 74a, 74b sind zwischen dem
Grundkörperabschnitt 70 und
den Flanschabschnitten 72a, 72b ausgebildet und
nach unten um eine festgelegte Tiefe von oberen Flächen der Flanschabschnitte 72a, 72b zurückgesetzt.
Wie in den 3 und 6 dargestellt ist, ist ein
plattenförmiger Riemenstopper 80 über Bolzen 78 an
einer Seitenfläche
des Grundkörperabschnittes 70 in
axialer Richtung angebracht. Beide Enden des Riemenelementes 56 sind zwischen
einer Seitenfläche
des Grundkörperabschnittes 70 und
dem Riemenstopper 80 angeordnet (vgl. 3). Daher ist das Riemenelement 56 an
dem Gleiter 20 befestigt, so dass der Gleiter 20 und
das Riemenelement 56 in integrierter Weise verschoben werden.
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Bei
dieser Anordnung ist, wie in 3 gezeigt,
ein Paar von Vertiefungen 84 mit im Wesentlichen kreisbogenförmigem Querschnitt
an Positionen ausgebildet, die Bolzenöffnungen 82 des Riemenstoppers 80 gegenüberliegen.
Wenn der Riemenstopper 80 an dem Gleiter 20 befestigt
ist, sind daher die Köpfe
der Bolzen 78 in den Vertiefungen 84 aufgenommen
und stehen nicht von einer Seitenfläche des Gleiters 20 vor.
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Andererseits
tritt das Riemenelement 56, das über die Antriebsscheibe 48 und
die Abtriebsscheibe 54 läuft, frei durch den Abstandsabschnitt 74a zwischen
dem Flanschabschnitt 72a und der anderen Seitenfläche des
Grundkörperabschnitts 70 (vgl. 6).
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Wie
in 6 dargestellt ist,
umfasst der Führungsmechanismus 22 das
Paar erster Führungsschienen 42a, 42b,
die entlang der ersten Langnuten 40a bzw. 40b des
Rahmens 14 angebracht sind, ein Paar zweiter Führungsschienen 86a, 86b,
die entlang der zweiten Langnuten 76a, 76b an
Seitenflächen
des Gleiters 20 angebracht sind, und ein Paar von Kugelwälzöffnungen 88,
die in der Nähe
der zweiten Führungsschienen 86a, 86b angeordnet
sind und durch das Innere des Gleiters 20 in axialer Richtung
durchtreten. Die ersten Führungsschienen 42a, 42b und
die zweiten Führungsschienen 86a, 86b sind
an einander gegenüberliegenden
Positionen angeordnet.
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Die
ersten Führungsschienen 42a, 42b wie auch
die zweiten Führungsschienen 86a, 86b umfassen
ein prismaförmiges
Element aus einem metallischen Material, das einer Härtebehandlung
unterworfen werden kann (nachfolgend als "ge härteter Stahl" bezeichnet). Erste
Kugelwälznuten 90 mit
im Wesentlichen kreisbogenförmigem
Querschnitt, in denen Kugeln 89 rollen, erstrecken sich
in der axialen Richtung an Seitenflächen der ersten Führungsschienen 42a, 42b,
die den zweiten Führungsschienen 86a, 86b gegenüberliegen.
Andererseits erstrecken sich zweite Kugelwälznuten 92 mit im
Wesentlichen kreisbogenförmigem
Querschnitt, in denen Kugeln 89 rollen, in der axialen
Richtung an Seitenflächen
der zweiten Führungsschienen 86a, 86b,
die den ersten Führungsschienen 42a 42b gegenüberliegen.
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Beliebige
Verfahren, einschließlich
bspw. Kleben, Einpressen und Verschweißen, können dazu eingesetzt werden,
die ersten Führungsschienen 42a, 42b und
die zweiten Führungsschienen 86a, 86b in
den ersten bzw. zweiten Langnuten 40a, 40b, 76a, 76b anzubringen.
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Wie
in 2 dargestellt ist,
umfasst der Führungsmechanismus 22 ein
Paar von Platten 96 und Abdeckungen 98, die mit
unteren Bereichen des Gleiters 20 mit Hilfe von Gewindeelementen 94 integral verbunden
sind, und Rückführführungen 100,
die an den Seitenflächen
des Gleiters 20 angebracht sind. Vorzugsweise sind die
Platte 96, die Abdeckung 98 und die Rückführführung 100 aus
einem Kunststoffmaterial hergestellt. Die Platte 96, die
Abdeckung 98 und die Rückführführung 100,
die an einer Seitenfläche
des Gleiters 20 angeordnet sind, bestehen aus den gleichen
Elementen wie die an der anderen Seitenfläche.
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Die
Abdeckungen 98 umfassen Kugelwälznuten 102, die an
ihren Endflächen
ausgebildet sind, und liegen an dem Gleiter 20 an. Bei
dieser Anordnung werden ringförmige
endlose Zirkulierwege, die das Rollen der Vielzahl von Kugeln 89 erlauben, durch
die ersten Kugelwälznuten 90 der
ersten Führungsschienen 42a, 42b,
die Kugelwälznuten 92 der zweiten
Führungsschienen 86a, 86b,
die durch den Gleiter 20 hindurchtretenden Kugelwälzöffnungen 88 und
die Kugelwälznuten 102 gebildet.
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Der
Rahmen 14, das erste Gehäuse 24 und das zweite
Gehäuse 26 des
in 4 gezeigten Stellgliedes 10 können alternativ
in integrierter Weise ausgebildet sein, so dass die Antriebsscheibe 48,
die Abtriebsscheibe 54 und der Gleiter 20 in einem
einzelnen Rahmen 15 aufgenommen sind, wie es in 5 dargestellt ist. Bei dieser
Anordnung sind Endplatten 104a, 104b an beiden
Enden des Rahmens 15 angebracht, wobei die Endplatten 104a, 104b im Wesentlichen
senkrecht zu der Achse des Rahmens 15 angeordnet sind.
Ein Paar von Halteblöcken 106, die
jeweils Stopperelemente 38 aufweisen, ist an der oberen
Fläche
des Rahmens 15 vorgesehen. Die Stopperelemente 38 liegen
Endflächen
des Gleiters 20 gegenüber.
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Dementsprechend
ist es möglich,
die Zahl der Teile zu reduzieren, indem der Rahmen 15 des Stellgliedes 10 in
integrierter Weise ausgebildet wird. Dadurch kann die zur Herstellung
des Stellgliedes 10 erforderliche Zeit verkürzt werden
und hierdurch auch die Produktionskosten.
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Das
Stellglied 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben
aufgebaut. Nachfolgend werden seine Betriebs-, Funktions- und Wirkungsweise
erläutert.
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Wenn
von einer nicht dargestellten Stromquelle der Drehantriebsquelle 16 Strom
zugeführt wird,
wird die Antriebswelle 44 durch die Drehwirkung der Drehantriebsquelle 16 gedreht,
und eine Drehantriebskraft der mit der Antriebswelle 44 verbundenen Antriebsscheibe 48 wird
auf das Riemenelement 56, das über die Antriebsscheibe 48 und
die Abtriebsscheibe 54 läuft, übertragen. Der Gleiter 20,
an dem beide Enden des Riemenelementes 56 befestigt sind,
wird in integrierter Weise in Axialrichtung des Rahmens 14 verschoben,
wobei er durch den Führungsmechanismus 22 geführt wird.
Wenn die Polarität
des der Drehantriebsquelle 16 zugeführten Stromes durch die Steueraktion
einer nicht dargestellten Steuerung umgekehrt wird, kann die Verschiebungsrichtung
des Gleiters 20 umgekehrt werden, um den Gleiter 20 in
axialer Richtung des Rahmens 14 hin und her zu bewegen.
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Wenn
sich der Gleiter 20 in axialer Richtung des Rahmens 14 hin
und her bewegt, rollt die Vielzahl von Kugeln 89 entlang
der ersten Kugelwälznuten 90 und
der zweiten Kugelwälznuten 92.
Dementsprechend wird der Gleiter 20 gleichmäßig entlang
des Rahmens 14 verschoben.
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Wie
oben beschrieben wurde, sind bei der ersten Ausführungsform die ersten Führungsschienen 42a, 42b,
die die ersten Kugelwälznuten 90 aufweisen,
damit die Vielzahl von Kugeln 89 rollen kann, und die zweiten
Führungsschienen 86a, 86b,
die die zweiten Kugelwälznuten 92 aufweisen,
separat von dem Rahmen 14 und dem Gleiter 20 aufgebaut.
Die ersten und zweiten Führungsschienen 42a, 42b und 86a, 86b,
in denen die ersten Kugelwälznuten 90 und die
zweiten Kugelwälznuten 92 ausgebildet
sind, werden aus gehärtetem
Stahl hergestellt, so dass sie einer Härtebehandlung unterworfen werden
können. Dementsprechend
können
der Rahmen 14 und der Gleiter 20, die den Hauptteil
des Volumens des Stellgliedes 10 einnehmen, bspw. aus Aluminiumlegierungen
und kohlenstofffaserverstärkten
Kunststoffen hergestellt werden. Dadurch ist es möglich, das
Gesamtgewicht des Stellgliedes 10 wesentlich zu reduzieren,
so dass ein leichtgewichtiges Stellglied realisierbar ist.
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Die
ersten Führungsschienen 42a, 42b und die
zweiten Führungsschienen 86a, 86b sind
aus einem metallischen Material hergestellt, das einer Wärmebehandlung
zur Härtung
des Metallmaterials unterworfen wurde. Dadurch ist es möglich, die
Abrasion der ersten Führungsschienen 42a, 42b und
der zweiten Füh rungsschienen 86a, 86b,
die andernfalls durch die Gleitbewegung beim Rollen der Kugeln 89 bewirkt
würde,
zu vermeiden bzw. zu minimieren.
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Dementsprechend
reicht es aus, die Festigkeit des Stellgliedes durch eine Härtebehandlung
lediglich der ersten Führungsschienen 42a, 42b und der
zweiten Führungsschienen 86a, 86b,
in denen die Kugeln 89 rollen, zu erhöhen, während beim Stand der Technik
die Festigkeit durch Wärmebehandlung
der Gesamtheit von Rahmen 14 und Gleiter 20 erhöht wird.
Daher können
die Kosten für
die Wärmebehandlung
reduziert werden.
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Wenn
alternativ anstelle der oben angesprochenen Aluminiumlegierung oder
des kohlenstofffaserverstärkten
Kunststoffs der Rahmen 14 und der Gleiter 20 jeweils
aus einem metallischen Material, bspw. einem allgemein verwendbaren
Kohlenstoffstahl (SS-Material), das als Rohmaterial ohne Wärmebehandlung
(bspw. Härten)
eingesetzt wird, ausgebildet wird, ist es ebenfalls möglich, die
Kosten gegenüber
dem Stand der Technik, bei dem ein gehärteter Stahl, bspw. rostfreier
Stahl, eingesetzt wird, zu reduzieren, da es nicht notwendig ist,
eine Wärmebehandlung,
wie Härten,
durchzuführen.
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Die
Steifigkeit der Materialien ist im Wesentlichen äquivalent, unabhängig davon,
ob ein gehärteter
Stahl, bspw. ein rostfreier Stahl, der gehärtet werden kann, eingesetzt
wird oder ein nicht gehärteter Stahl,
bspw. ein allgemein einsetzbarer Kohlenstoffstahl, der keine Wärmebehandlung
erfordert. Da eine Wärmebehandlung
nicht notwendig ist, wenn für
den Rahmen 14 eines Stellgliedes mit langem Hub, d.h. bei
dem der Verschiebungsweg des Gleiters 20 in Axialrichtung
groß ist
und die Länge
des Rahmens 14 in Axialrichtung lang ist, ein nicht gehärteter Stahl
anstelle des gehärteten
Stahls eingesetzt wird, ist es möglich,
die Kosten zu reduzieren, wobei die Steifigkeit und Festigkeit im
Wesentlichen äquivalent
zu der von gehärtetem
Stahl bleibt.
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Der
lineare Ausdehnungskoeffizient, der eine temperaturabhängige Beanspruchungsrate
anzeigt, ist ebenfalls im Wesentlichen äquivalent bei gehärtetem Stahl
(bspw. rostfreiem Stahl) und nicht gehärtetem Stahl (bspw. allgemein
einsetzbarem Kohlenstoffstahl). Daher sind die jeweiligen Belastungsraten
im Wesentlichen identisch, wenn die ersten und zweiten Führungsschienen 42a, 42b und 86a, 86b aus
gehärtetem
Stahl und der Rahmen 14 und der Gleiter 20 aus
nicht gehärtetem
Stahl Temperaturänderungen
unterworfen werden.
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Als
Folge hiervon können Änderungen
des Spieles zwischen den ersten Führungsschienen 42a, 42b und
den zweiten Führungsschienen 86a, 86b des
Führungsmechanismus 22 vermieden
werden, so dass das Spiel im Wesentlichen konstant gehalten wird.
Daher ist es möglich,
den Gleiter 20 gleichmäßig in axialer Richtung zu verschieben.
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7 zeigt eine modifizierte
Ausführungsform
des Stellgliedes gemäß der ersten
Ausführungsform.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die gleichen Aufbaukomponenten
wie bei dem Stellglied 10 gemäß der ersten Ausführungsform
mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich ihre erneute detaillierte
Beschreibung erübrigt.
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Bei
dem Stellglied 150 gemäß der modifizierten
Ausgestaltung sind zweite Kugelwälznuten 154a, 154b,
die einen im Wesentlichen kreisbogenförmigen Querschnitt aufweisen,
damit die Kugeln 89 darin rollen können, an beiden Seitenflächen eines
Gleiters 152, die den in den ersten Langnuten 40a, 40b des Rahmens 14 angebrachten
ersten Führungsschienen 42a, 42b gegenüberliegen,
ausgebildet. Mit anderen Worten sind die zweiten Kugelwälznuten 154a, 154b,
die sich in der axialen Richtung erstrecken, direkt in beide Seitenflächen des
Gleiters 152 eingearbeitet.
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Die
zweiten Kugelwälznuten 154a, 154b werden
als Paar an Positionen ausgebildet, die den ersten Kugelwälznuten 90 der
ersten Führungsschienen 42a, 42b gegenüberliegen.
Die Kugeln 89 rollen zwischen den ersten Kugelwälznuten 90 und
den zweiten Kugelwälznuten 154a, 154b.
Bei dieser Anordnung wird bevorzugt, dass der Gleiter 152 aus
einem gehärteten
Stahl (bspw. rostfreiem Stahl) hergestellt wird, der einer Härtebehandlung
unterworfen wird. Demgegenüber
wird der Rahmen 14 aus einem leichtgewichtigen Material
oder einer Leichtmetalllegierung, bspw. einer Aluminiumlegierung,
einem leichtgewichtigen hochfesten Kunststoff, bspw. einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff,
oder einem nicht gehärteten
Stahl, bspw. einem allgemein einsetzbaren Kohlenstoffstahl, hergestellt.
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Das
bedeutet, dass es, wenn das Paar zweiter Kugelwälznuten 154a, 154b direkt
an beiden Seitenflächen
des Gleiters 152 ausgebildet wird, möglich ist, die zum Anbringen
der zweiten Führungsschienen 86a, 86b an
dem Gleiter 20 erforderliche Zeit gegenüber dem Fall zu verkürzen, wenn
der Gleiter 20 und die zweiten Führungsschienen 86a, 86b als
separate Elemente ausgebildet sind, wie es bei dem Stellglied 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
der Fall ist.
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Auch
wenn der Rahmen 14 aus einem nicht gehärteten Stahl, bspw. einem Allzweckkohlenstoffstahl,
hergestellt ist, ist dann, wenn der Rahmen 14 und der Gleiter 152 durch
Temperaturänderungen deformiert
werden, die Belastungsrate im Wesentlichen identisch, da der Gleiter 152 aus
einem gehärteten
Stahl mit im Wesentlichen dem gleichen linearen Ausdehnungskoeffizienten
besteht wie der von nicht gehärtetem
Stahl.
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Wenn
in der Umgebung des Stellgliedes 150 eine Temperaturänderung
auftritt, wird somit ein im Wesentlichen konstantes Spiel zwischen
den ersten Kugelwälznuten 90 und
den zweiten Kugelwälznuten 154a, 154b des
Gleiters 152 beibehalten. Daher kann der Gleiter 152 gleichmäßig in der
axialen Richtung verschoben werden.
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Als
nächstes
wird mit Bezug auf die 8 bis 11 ein Stellglied 200 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
erläutert.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die gleichen Aufbaukomponenten
wie bei dem Stellglied 10 gemäß der ersten Ausführungsform
mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass sich ihre erneute detaillierte
Beschreibung erübrigt.
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Das
Stellglied 200 gemäß der zweiten
Ausführungsform
unterscheidet sich von dem Stellglied 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
dahingehend, dass eine angetriebene Einheit 202 mit der
Abtriebsscheibe 54 einen Spannungseinstellmechanismus 206 aufweist.
Der Spannungseinstellmechanismus 206 ist in der Lage, die
Spannung des Riemenelementes 56 automatisch anzupassen,
so dass dessen Spannung mit Hilfe einer Spulenfeder (Federelement) 204 eine
gewünschte
konstante Spannung beibehält.
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Ein
einzelner länglicher
Rahmen 15 kann bei dem Stellglied 200 in der gleichen
Weise wie bei dem in 5 gezeigten
Stellglied 10 gemäß der ersten Ausführungsform
anstelle der ersten und zweiten Gehäuse 24, 26 vorgesehen
sein. Dementsprechend ist es nicht notwendig, die ersten und zweiten
Gehäuse 24, 26 vorzusehen,
so dass die Kosten und die Zahl der Teile des Stellgliedes 200 reduziert
werden können.
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Der
Spannungseinstellmechanismus 206 des Stellgliedes 200 umfasst
eine Halteklammer 208, die an einer Innenwandfläche 207 des
zweiten Gehäuses 226 befestigt
ist, einen Scheibenhalter 210, der durch die Halteklammer 208 gehalten
wird und die Abtriebsscheibe 54 drehbar hält, und
eine Spulenfeder 204, die zwischen der Halteklammer 208 und
dem Scheibenhalter 210 angeordnet ist.
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Die
Halteklammer 208 kann bspw. durch Pressen (Walzen) eines
dünnen
Plattenelementes aus metallischem Material hergestellt werden. Die Halteklammer 208 wird
durch Bolzen 214 und Befestigungsflansche 212,
die entlang der Innenwandfläche 207 und
der Bodenfläche
des zweiten Gehäuses 226 ausgebildet
sind, befestigt. Wie in 9 dargestellt
ist, weist die Halteklammer 208 einen Vorsprung 216 auf,
der zu der Abtriebsscheibe 54 vorsteht und einen im Wesentlichen
U-förmigen
Querschnitt hat. Eine säulenförmige Federführung 218,
die an der Innenwandfläche 207 des
zweiten Gehäuses 26 befestigt
ist, ist innerhalb des Vorsprungs 216 angeordnet. Die Endfläche der
Federführung 218 liegt
an der Innenwandfläche
des Vorsprungs 216 an.
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Wie
in 10 dargestellt ist,
hat der Scheibenhalter 210 einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt,
der bspw. durch Pressen eines dünnen Plattenelementes
aus metallischem Material hergestellt wird. Die Federführung 218 der
Haltklammer 208 wird über
eine Einsetzöffnung 220 in
ein Ende der Halteklammer 208 eingesetzt. Ein Paar von
Lageröffnungen 222a, 222b ist
an dem anderen offenen Ende des Riemenhalters 210 in einer
Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Achse der Federführung 218 ausgebildet.
Lager 224a, 224b sind in den Lageröffnungen 222a bzw. 222b angebracht,
und eine säulenförmige Scheibenwelle 226 ist
in die Lager 224a, 224b eingesetzt, so dass die
Abtriebsscheibe 54 von der Scheibenwelle 226 gehalten
wird. Dementsprechend wird die Abtriebsscheibe 54 an der
anderen Endseite des Scheibenhalters 210 gehalten. Bei
dieser Anordnung wird die Abtriebsscheibe 54 über das
Paar von Lagern 224a, 224b, welche die Scheibenwelle 226 drehbar
halten, durch den Scheibenhalter 210 gehalten.
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Die
Spulenfeder 204 ist in einem festgelegten komprimierten
Zustand zwischen dem einen Boden aufweisenden einen Ende des Scheibenhalters 210 und
der Innenwandfläche
des Vorsprungs 216 angeordnet. Die Spulenfeder 204 wird angeordnet, wobei
ein bestimmter Freiraum zwischen der Innenwandfläche des Vorsprungs 216 und
der äußeren Umfangsfläche der
Federführung 218 verbleibt.
Die Spulenfeder 204 spannt den Scheibenhalter 210 kontinuierlich
in einer Richtung zu der Innenwandfläche 207 des zweiten
Gehäuses 26 vor
(in Richtung des Pfeils X1). Anstelle der Spulenfeder 204 kann auch
bspw. eine plattenförmige
Plattenfeder eingesetzt werden. D.h., es ist möglich, beliebige andere Rückstellelemente
einzusetzen, solange sie eine ausreichende Rückstellkraft zum Vorspannen
des Scheibenhalters 210 in Richtung zu der Innenwandfläche 207 des
zweiten Gehäuses 26 liefern
(in Richtung des Pfeils X1).
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Wie
in den 9 und 11 dargestellt ist, ist außerdem ein
Abschnitt 228 mit großer
Breite, der sich in einer Breitenrichtung im Wesentlichen senkrecht
zu der Achse des Rahmens 14 erstreckt, unterhalb der Abtriebsscheibe 54 an
dem anderen Ende des Scheibenhalters 210 ausgebildet. Gebogene
Abschnitte 230, die zu der Mitte des Scheibenhalters 210 gebogen
sind, sind an beiden Enden des Abschnitts 228 ausgebildet
(vgl. 11). Das Paar
gebogener Abschnitte 230, die eine gekrümmte Gestalt haben, greift
in die ersten Kugelwälznuten 90 der
ersten Führungsschienen 42a bzw. 42b ein.
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Im
Einzelnen hat die Außenwandfläche des gebogenen
Abschnitts 230 einen im Wesentlichen kreisbogenförmigen Querschnitt,
wobei die Außenwandfläche des
gebogenen Abschnitts 230 der Querschnittsgestalt der ersten
Kugelwälznut 90 entspricht,
die eine kreisbogenförmige
Aussparung aufweist. Daher greift der gebogene Abschnitt 230 in ausreichender
Weise in die erste Kugelwälznut 90 ein.
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Dies
bedeutet, dass der Scheibenhalter 210 mit Hilfe des Abschnitts 228 an
den ersten Führungsschienen 42a, 42b,
die in dem Rahmen 14 angebracht sind, angreift. Daher wird
eine seitliche Verschiebung des Scheibenhalters 210 in
einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des Rahmens 14 ver mieden.
Dementsprechend wird der Scheibenhalter 210 in einem Zustand
gehalten, in dem der Scheibenhalter 210 lediglich in der
axialen Richtung (Richtung der Pfeile X1, X2) des Rahmens 14 (d.h.
entlang der ersten Führungsschienen 42a, 42b und
der Federführung 218)
entsprechend der Rückstellkraft
der Spulenfeder 204 verschiebbar ist.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist der Scheibenhalter 210, der
die Abtriebsscheibe 54 drehbar hält, lediglich in der axialen
Richtung verschiebbar vorgesehen (in Richtung der Pfeile X1, X2),
wodurch er als der Spannungseinstellmechanismus 206 des Stellgliedes 200 dient.
Außerdem
wird die Abtriebsscheibe 54 durch die zwischen dem Scheibenhalter 210 und
der an dem zweiten Gehäuse 26 befestigten Halteklammer 208 angeordnete
Spulenfeder 204 kontinuierlich in Richtung weg von der
Antriebsscheibe 48 (in Richtung des Pfeils X1) vorgespannt.
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Wenn
die Rückstellkraft
(Federkonstante) der Spulenfeder 204 vorab so eingestellt
wird, dass das Riemenelement 56 mit Hilfe der Spulenfeder 204 unter
Spannung gesetzt wird, wird die Abtriebsscheibe 54 durch
die Rückstellkraft
etwas in einer Richtung weg von der Antriebsscheibe 48 verschoben. Dadurch
wird die Spannung des Riemenelementes 56 automatisch eingestellt,
um einen voreingestellten optimalen Wert aufrecht zu erhalten, auch
wenn die Spannung des Riemenelementes 56 durch andere Faktoren,
bspw. durch Verlängerung
des Riemenelementes 56, abgesenkt würde.
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Hierdurch
kann auf komplizierte Wartungsarbeiten, wie sie bisher durch Wartungspersonal
zur Einstellung der Spannung des Riemenelementes 56 durchgeführt wurden,
bspw. die visuelle Inspektion des Riemenelementes 56 oder
die Messung der Spannung des Riemenelementes 56 in Abhängigkeit von
den Einsatzbedingungen des Riemenelementes 56, verzichtet
werden.
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Wenn
die Halteklammer 208 und der Scheibenhalter 210,
die den Spannungseinstellmechanismus 206 bilden, durch
Pressen eines dünnen
Plattenelementes hergestellt werden, das bspw. aus einem Metallmaterial
besteht, so kann der Spannungseinstellmechanismus 206 preiswert
hergestellt werden, wodurch die Produktionskosten reduziert werden.