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Die
Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein schwenkbar in einem Scheinwerfer
gelagertes Lichtmodul, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend
einen Antriebsmotor sowie ein Getriebe, das zwischen Lichtmodul
und Antriebsmotor vorgesehen ist.
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Es
ist bekannt, das Lichtmodul von Fahrzeugen, gegenüber der
Fahrzeugkarosserie sowie einem Scheinwerfer oder Scheinwerfergehäuse, das fest
in der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, bewegbar vorzusehen, um
das Lichtmodul verschwenkbar zu gestalten. Beispielsweise kann das
Lichtmodul um eine horizontale Schwenkachse verschwenkt werden,
um die Leuchtweite in vertikaler Richtung einzustellen. Darüber hinaus
ist es vorgesehen, das Lichtmodul um eine zweite Schwenkachse verschwenkbar anzuordnen,
wobei die Schwenkachse insbesondere vertikal angeordnet ist und
so eine Verschwenkung des Scheinwerfers bzw. des Lichtmoduls in
horizontaler Richtung ermöglicht.
Bei ausreichend großen
Schwenkwinkeln ist es möglich,
eine Kurvenlichtfunktion zu realisieren. Somit kann der Lichtaustritt
eines Scheinwerfers an den Verlauf einer durchfahrenen Kurve angepasst
werden, um eine optimale Ausleuchtung der Fahrbahn insbesondere auch
in Kurven mit kleinem Kurvenradius zu erreichen.
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Zum
Schwenken von Fahrzeugscheinwerfern, beispielsweise für die Funktion
des dynamischen Kurvenlichts, werden Antriebe mit hohen Drehmomenten
bei geringen Abtriebsgeschwindigkeiten sowie geringem Winkelspiel
benötigt.
Idealerweise sind solche Antriebe spielfrei. Beim dynamischen Kurvenlicht
wird der vor einem Fahrzeug entstehende Lichtkegel stets mit in
die Kurvenrichtung verschwenkt. Im Gegensatz dazu wird bei einem
statischen Kurvenlicht lediglich ein Zusatzscheinwerfer beim Abbiegen
eingeschaltet, der die entsprechende Abbiegerichtung beleuchtet.
Zur optimalen Ausleuchtung der Fahrbahn in jedem Augenblick ist
daher das dynamische Kurvenlicht von großem Interesse. Üblicherweise
bestehen hierbei verwendete Antriebe aus einem Schrittmotor, der
in Verbindung mit einem hoch übersetzenden,
spielarmen Getriebe sowie einem Koppelelement die Bewegung auf den
Scheinwerfer bzw. das Projektionsmodul überträgt. Als Getriebe kommen hierbei
meist Bewegungsschrauben zum Einsatz, da sie ein geringes Spiel
mit hohen Übersetzungen
und hoher Tragkraft sowie Selbsthemmung, die als wünschenswert
anzusehen ist, verbinden. Darüber
hinaus lassen sie sich gut mit Schrittmotoren kombinieren.
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Eine
entsprechende Gestaltung kann beispielsweise der
DE 103 25 331 A1 entnommen
werden.
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Die
Verwendung von Schraubengetrieben besitzt jedoch den Nachteil, dass
die Reibung zwischen Spindel und Spindelmutter einen großen Einfluss
auf das System besitzt, und so insbesondere anfällig gegen tiefe Temperaturen
sowie Schmierstoffverlust ist. Des Weiteren besteht der Nachteil, dass
bei der meist vereinfacht ausgeführten
Lagerung der Spindelmutter am Abtrieb zusätzliche Ausgleichselemente
vorgesehen sein müssen,
die Querkräfte
von der Schubstange fernhalten, wodurch der Bauraum jedoch erheblich
vergrößert wird.
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Schließlich existieren
Anordnungen mit Stirnradgetrieben, die jedoch viel Bauraum benötigen und
ein großes
Winkelspiel besitzen, sofern sie nicht spielfrei vorgespannt sind.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Antriebseinrichtung sowie
einen Scheinwerfer bereitzustellen, die den Anforderungen an Übersetzung,
Antriebsgeschwindigkeit und Spielfreiheit genügen und gleichzeitig einen
geringen Bauraum benötigen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch Bereitstellen einer Antriebseinrichtung der
gattungsgemäßen Art,
bei der das Getriebe ein Umlaufgetriebe ist. Dabei kann vorgesehen
sein, dass durch den Antriebsmotor insbesondere eines der drehbaren
Innenräder
des Umlaufgetriebes angetrieben wird und das äußere Rad, insbesondere das
Hohlrad, gehäusefest
vorgesehen ist. Die Kopplung des Getriebes mit einer nachfolgenden
Einheit wird insbesondere durch eine Kurbel mit einer damit gelenkig
verbundenen Koppelstange gebildet, die den Getriebeabtrieb bilden.
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Durch
die Vorsehung einer Kurbel sowie einer gelenkig damit verbundenen
Koppelstange wird ein Übersetzungsverhältnis durch
den entstehenden Hebel bereitgestellt. Die gesamte Übersetzung
des Getriebes ergibt sich daher aus der Übersetzung des Umlaufgetriebes
sowie der nachfolgenden Übersetzung
des aus Kurbel und Koppelstange bestehenden Hebelgetriebes.
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Die
Koppelstange kann dabei als gelenkig mit dem Halterahmen verbundene
Kurbelstange oder als fest hiermit verbundene Kurbelschleife ausgebildet
sein.
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Die
Vorsehung eines Hebelgetriebes nachgeschaltet zum Umlaufgetriebe
bietet den Vorteil, dass hierdurch die Anforderungen an die Übersetzung
und das maximal zulässige
Winkelspiel des Umlaufgetriebes entsprechend der Hebelübersetzung
des Hebelgetriebes reduziert werden können. Auf diese Weise können selbst
einstufige Getriebe als Umlaufgetriebe eingesetzt werden.
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Umlaufgetriebe
besitzen generell den Vorteil, einen sehr geringen Bauraum zu benötigen und
nur ein geringes Winkelspiel zu besitzen. Durch ein entsprechendes
Umlaufgetriebe kann ferner in nur einer Getriebestufe eine hohe
Tragkraft bereitgestellt werden und es treten in den Lagern weitgehend
nur Radiallasten auf, was den Aufwand und den Bauraum für die Lagerstellen
sowie für
ein nachgeschaltetes Element reduziert. Ein derartiges Umlaufgetriebe lässt sich
sehr flexibel an verschiedene Anforderungen und Einbaulagen anpassen.
So bietet ein Umlaufgetriebe größere Freiheiten
bei der Positionierung des Antriebs und des Anlenkpunktes der nachfolgenden
Koppelstange am Gehäuse
bzw. am Lichtmodul gegenüber
einem Schraubengetriebe. Durch die hohen Eingriffszähnezahlen
bei Umlaufgetrieben baut ein derartiges Getriebe trotz der geforderten
hohen Abtriebsmomente sehr klein und ebenso lassen sich diese Getriebe
vergleichsweise spielarm ausführen.
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Es
kann dabei nach einer ersten Ausgestaltung vorgesehen sein, dass
das Getriebe ein Planetengetriebe ist. Dabei kann nach einer ersten
Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das Planetengetriebe lediglich
ein Hohlrad sowie ein einzelnes Planetenrad aufweist, wobei das
einzelne Planetenrad angetrieben wird. Ein Sonnenrad ist bei dieser
Ausgestaltung nicht vorgesehen. Vielmehr ist die Antriebswelle zum Antrieb
des Planetenrades so ausgestaltet, dass die notwendige Exzentrizität zwischen
den Achsen des Planetenrades und der Achse des Hohlrades gegeben
ist.
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Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Planetengetriebe
ein Wolfromgetriebe ist. Bei einem Wolfromgetriebe treibt der Motor über ein
Sonnenrad ein oder mehrere Planetenräder einer ersten Planeten-
oder Getriebestufe an, die wiederum fest mit Planetenrädern einer zweiten
Planetenstufe verbunden sind. Die zweite Planetenstufe besitzt kein
Sonnenrad. Der Abtrieb erfolgt hier über ein zweites Hohlrad. Je
kleiner die Übersetzungsdifferenz
der beiden Planetengetriebestufen ist, desto größer ist die Gesamtdifferenz
des Getriebes.
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Schließlich kann
besonders bevorzugt vorgesehen sein, das Getriebe als Taumelgetriebe
zu gestalten. Dabei sind das Planetenrad und das Hohlrad, wobei
lediglich ein einzelnes Planetenrad vorgesehen sein kann, als Kegelräder ausgebildet.
Es ergibt sich hier entgegen der sonst vorliegenden Exzentrizität eine Taumelbewegung
mit einem Taumelwinkel. Als weitere Alternative eines Taumelgetriebes kann
vorgesehen sein, dass das Hohlrad als Kronrad ausgebildet ist und
das einzelne Planetenrad als Kegelrad, das mit seinen Zahnflächen auf
dem Kronrad abrollt. Hier ergibt sich ein Taumelwinkel am Abtrieb.
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Alternativ
zu einem Taumelwinkel am Abtrieb kann das Taumelgetriebe auch so
ausgebildet sein, dass statt eines Hohlrades ein erstes Kegelrad
vorgesehen ist, und die Planeten ebenfalls durch ein weiteres einzelnes
Kegelrad dargestellt sind. Der Antrieb des ersten Kegelrades erfolgt über einen
sogenannten Kegelradträger,
der als Taumelbolzen ausgeführt
ist und über
den Taumelwinkel ε das
erste Kegelrad auf eine taumelnde Bahn zwingt. Auf diesem ersten
Kegelrad läuft
dann ein zweites Kegelrad um, das als Abtriebsrad dient. Dieses
weist eine geringere Zähnezahl,
vorzugsweise einen Zahn weniger, als das erste Kegelrad auf. Das
erste Kegelrad wird durch eine drehsteife Kupplung mit dem Gehäuse zur Drehmomentabstützung verbunden,
die nach einer bevorzugten Ausgestaltung als elastische Kupplung ausgeführt ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kegelräder über eine Druckfeder spielfrei
miteinander verspannt werden, so dass das Getriebe spielfrei arbeitet.
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Weitere
vorgesehene Getriebearten können die
zu den Umlaufgetriebe gehörenden
Wellgetriebe sein, wobei hier insbesondere Harmonic-Drive-Getriebe
zu nennen sind. Weiterhin können
Wolfromgetriebe eingesetzt werden.
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Zum
Ausgleich der bestehenden Exzentrizität bzw. des bestehenden Taumelwinkels
kann vorgesehen sein, eine elastische Kupplung vorzusehen, die dem
Umlaufgetriebe unmittelbar vor- oder nachgeschaltet ist. Auf diese
Weise können
durch die elastische, jedoch drehsteife Kupplung die auftretenden
Winkel und Achsversätze
ausgeglichen werden.
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Ausgehend
hiervon wird dann die Drehbewegung des Abtriebs über eine Kurbel und eine gelenkig
hiermit verbundene Koppelstange auf den Scheinwerfer übertragen
und dabei noch einmal untersetzt.
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Es
ist bei allen Getrieben vorteilhaft, wenn diese spielfrei arbeiten.
Gegebenenfalls kann dazu eine Vorspannung mittels einer Druckfeder
erfolgen.
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Als
Antriebsmotoren können
bewährte Schrittmotoren
verwendet werden.
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Des
Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Erfindung einen Sensor umfasst,
der den Schwenkwinkel erfasst. Auf diese Weise kann die Einstellung
besonders günstig
erfolgen, insbesondere auch um eine sichere Lichtfunktion bei Geradeausfahrt
eines Kraftfahrzeugs zu gewährleisten.
Besonders bevorzugt ist dieser Sensor in die Antriebseinheit integriert.
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Die
Antriebseinheit kann dabei sowohl für eine Kurvenlichtfunktion
als auch eine Leuchtweitenregelung eingesetzt werden.
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Des
Weiteren umfasst die Erfindung einen Scheinwerfer insbesondere für ein Kraftfahrzeug
umfassend insbesondere ein als Projektionsmodul ausgebildetes Lichtmodul,
das im Scheinwerfer schwenkbar gelagert ist sowie eine Antriebseinrichtung
zum Verschwenken des Lichtmoduls nach der vorstehend beschriebenen
Art. Dabei kann entweder vorgesehen sein, dass die Antriebseinrichtung
an einem Gehäuse
oder einem gehäusefesten
Bauteil z. B. einem Halterahmen festgelegt ist und über eine Koppeleinrichtung
bestehend aus Koppelelementen auf der Abtriebsseite der Antriebseinrichtung
das Lichtmodul bewegt wird oder alternativ kann vorgesehen sein,
dass die Antriebseinrichtung am Lichtmodul oder einem mit dem Lichtmodul
verschwenkbaren Bauteil festgelegt ist und sich über die Koppeleinrichtung auf
der Abtriebsseite am Gehäuse
oder einer gehäusefesten
Einrichtung abstützt
und so eine Verschwenkbewegung hervorruft.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
dargelegt sowie in den nachfolgenden Ansprüchen offenbart. Sämtliche Merkmale
können
dabei einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander für die Erfindung
wesentlich sein.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Antriebs für ein dynamisches Kurvenlicht;
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2 bis 11 Umlaufgetriebe
zum Einsatz in der Erfindung und
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12 eine Anordnung der Antriebseinrichtung
am Scheinwerfer.
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1 zeigt
angedeutet durch die gestrichelte Linie eine Antriebseinheit 10,
umfassend einen Motor 12 mit einem Drehmoment M1 sowie einer Drehzahl n1.
Der Motor ist über
eine abgewinkelte Welle 14, die die nachfolgend beschriebene
Exzentrizität
e ausgleicht, mit einem Getriebe, das in seiner Gesamtheit mit 16 bezeichnet
ist, verbunden. Das Getriebe ist hierbei ein Planetengetriebe umfassend ein
Hohlrad 18 mit einer Zähnezahl
NH. In dem Hohlrad wälzt ein Planetenrad 20 mit
der Zähnezahl
NP ab. Die Achsen der Zahnräder 18 und 20 sind
um die Exzentrizität
e, die durch die Welle 14 ausgeglichen wird, zueinander
versetzt. Der hierbei eingesetzte Motor 12 ist ein Schrittmotor,
wobei das Planetenrad über
die Welle 14 in eine kreisende Bewegung versetzt wird und
im Hohlrad 18 umläuft.
Bei jedem Umlauf des Planetenrads 20 im Hohlrad dreht sich
das Planetenrad 20 entsprechend der Zähnezahldifferenz NP– NH entgegen der Antriebsbewegung der Welle 14 zurück. Es ergibt
sich daher die Übersetzung
i = NP – NH.
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Mit
dem Planetenrad ist nun auf der der Antriebsseite gegenüberliegenden
Seite eine elastische Kupplung 22 verbunden, die die Exzentrizität ausgleicht.
Die elastische Kupplung ist hierbei eine drehsteife Kupplung.
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Mit
der elastischen Kupplung 22 ist auf der Abtriebsseite eine
Kurbel 24 verbunden, die mit einem Moment M2 und
einer Drehzahl n2 umläuft. Mit der Kurbel ist wiederum
eine Koppelstange 26 gelenkig verbunden, die an ihrem der
Kurbel 24 abgewandten Ende über ein Gelenk 28 mit
einem Schwenkrahmen 30 eines Projektionssystems 32 gekoppelt
ist. Der Schwenkrahme 30 schwenkt dabei um die Achse 34,
wobei das anliegende Moment das Moment M3 sowie
die Drehzahl n3 ist. Die Änderung von
Drehzahl und Moment ergibt sich hierbei über das durch die Kurbel 24 und
die Koppelstange 26 gebildete Hebelgetriebe 36,
das ebenfalls eine Übersetzung
aufweist, die mit der Übersetzung
des Umlaufgetriebes 16 gemeinsam die Gesamtübersetzung
bildet.
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Die
nachfolgenden 2 bis 6 zeigen nun
verschiedene Ausgestaltungen des Umlaufgetriebes 16. Dabei
zeigt 2 die bereits in 1 beschriebene
Ausgestaltung mit einer Welle 14, die die Exzentrizität zwischen
den beiden Zahnrädern 18 und 20 berücksichtigt
und so das Abrollen des Planetenrads 20 im Hohlrad 18 ermöglicht.
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3 zeigt
eine alternative Ausgestaltung, bei der zunächst ein Hohlrad 18 entsprechend 2 vorgesehen
ist. In dem Hohlrad 18 läuft nun ein zweites Planetenrad 20 um,
das eine Innen- und eine Außenverzahnung
aufweist und mit der Außenverzahnung
in die Zähne
des Hohlrads 18 eingreift.
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Mit
der Innenverzahnung des zweiten Planetenrads 20 wirkt nun
ein kleineres Planetenrad 21 zusammen, das eine Innen- und eine Außenverzahnung
aufweist und mit seiner Außenverzahnung
einerseits mit dem Planetenrad 20 und andererseits mit den
Zähnen
des Sonnenrades 19 kämmt.
Das Sonnenrad 19 wird durch die Antriebswelle 14 angetrieben,
die hier keine Exzentrizität
aufweist. Vielmehr sind die Achsen des Sonnenrades 19 und
des Hohlrades 18 koaxial und stimmen mit der Welle 14 überein.
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Ein
Antrieb des Sonnenrades 19 bedingt dadurch einen Antrieb
des ersten Planetenrades 21, das im zweiten Planetenrad 20 umläuft und
das zweite Planetenrad 20 in Bewegung versetzt. Das zweite Planetenrad 20 wälzt wiederum
im Hohlrad 18 um.
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4 zeigt
nun eine alternative Ausgestaltung, wobei gleiche Teile ebenfalls
mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, wobei hier als Hohlrad 18' ein Kegelrad
vorgesehen ist, in dem ein Planetenrad 20' ebenfalls in Form eines Kegelrades
abrollt. Durch die Antriebswelle 14 wird hier ein Taumelwinkel ε vorgegeben,
wobei dieser Taumelwinkel ε durch die
nachfolgende elastische Kupplung 22 ausgeglichen wird,
so dass der Abtrieb 24 eine achsstabile Rotation beschreibt.
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5 zeigt
nun eine weitere Ausgestaltung, wobei hier als Planetenrad 20'' wiederum ein Kegelrad verwendet
wird, wobei jedoch der Winkel der Kegelflächen zueinander größer ist
und als Hohlrad 18'' ein Kronrad
vorgesehen ist, auf dem das Planetenrad 20'' abrollt.
Zum Ausgleich des Taumelwinkels ε ist hier
wiederum eine elastische Kupplung vorgesehen, über die die Drehbewegung auf
den Abtrieb 24 übertragen
wird.
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6 zeigt
ein Wolfromgetriebe, bei dem der Motor 12 ein Sonnenrad 19V antreibt, über das ein Planetenrad 20V einer ersten Getriebe- oder Planetenstufe
angetrieben wird. Über
diese Planetenräder 19V der ersten Planetenstufe, die zugleich
in einem Hohlrad 18V umlaufen,
werden über
eine Achse 50 zweite Planetenräder 51 angetrieben,
wobei der Abtrieb über
ein zweites Planetenrad 52 erfolgt, das mit der Kurbel 24 verbunden
ist. Je kleiner hierbei die Übersetzungsdifferenz
der beiden Planetengetriebestufen 20V und 51,
desto größer ist
die Gesamtübersetzung
des Getriebes.
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7 zeigt
nun ein Planetengetriebe, bei dem der Motor mittels einer Exzentrizität e ein
erstes Planetenrad 20VI antreibt,
das in einem Hohlrad 18VI , das
ortsfest ist, umläuft.
Das erste Planetenrad 20VI ist
hierbei mit einem zweiten Planetenrad 51 verbunden, wobei
hier eine Kupplung zwischen dem ersten und zweiten Planetenrad entfallen
kann, da beide Planetenräder 20VI sowie 51' durch die Welle 14 angetrieben
werden.
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8 zeigt
schließlich
ein sogenanntes Welltgetriebe, das in seiner Ausgestaltung im Stand der
Technik bekannt ist.
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9 zeigt
nun eine ebenfalls mögliche
Gestaltung eines Umlaufgetriebes 16 (Wellgetriebe), das
hier als Harmonic- Drive-Getriebe
ausgebildet ist und ebenfalls ein Hohlrad 18III aufweist,
in dessen Innern ein zweites Planetenrad 20III umläuft, in
dem weitere erste Planetenräder 21III geführt sind. Der Antrieb erfolgt
hierbei über
ein Sonnenrad 19III . Dabei ist beim
Harmonic-Drive-Getriebe das zweite Planetenrad 20III verformbar
gestaltet. Das Planetenrad 20III dreht
sich dabei entgegengesetzt zum Hohlrad 18III . Durch
die beiden inneren Planetenräder 21III und das Sonnenrad 20III wird das Planetenrad 20III in eine Wellenbewegung versetzt,
und elliptisch verformt und kämmt
an zwei Stellen mit dem Hohlrad 18III .
Das hierbei verwendete Harmonic-Drive-Getriebe ist entsprechend
dem Stand der Technik bekannt.
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10 zeigt
nun eine Ausgestaltung, die im Wesentlichen 1 entspricht,
wobei hier jedoch die Kopplung zwischen der Kurbel 24 und
dem Schwenkrahmen 30 nicht über eine Koppelstange 26,
sondern eine Kurbelschleife 26' gelöst ist. Hierbei ist die Kurbelschleife 26' fest mit dem
Schwenkrahmen 30 verbunden. Kurbel 24 und Kurbelschleife 26' bilden dann
wiederum gemeinsam ein Hebelgetriebe 36.
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11 zeigt
nun eine weitere Ausgestaltung des Umlaufgetriebes, wobei hier statt
eines Hohlrades ein erstes Kegelrad 18IV vorgesehen
ist, das über einen
Taumelbolzen 19 in eine taumelnde Bewegung gezwungen wird.
Das Kegelrad 18IV ist hierbei über eine
elastische Kupplung 22 gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Dabei ist in der elastischen
Kupplung 22 eine Druckfeder 23 geführt, die
das erste Kegelrad 18IV gegen das
Planetenrad 20IV spielfrei vorspannt, wobei
das einzige Planetenrad 20IV mit
einer zentrisch angeordneten Abtriebskurbel 24 verbunden
ist. Anders als bei den vorstehenden Beispielen wirkt hier damit
das dem Hohlrad entsprechende Kegelrad 18IV mit
der elastischen Kupplung 22 zusammen und nicht das Planetenrad 20IV , das hier ebenfalls als Kegelrad
ausgebildet ist.
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Das
Kegelrad 20IV besitzt dabei einen
Zahn weniger, als das Kegelrad 18IV .
Der Abtrieb erfolgt wiederum über
die Kurbel 24, die eine Koppelstange (nicht dargestellt)
antreibt. Die Taumelstange 19 weist dabei einen Taumelwinkel ε auf.
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12 zeigt nun in den a) und b) einen Scheinwerfer,
der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 40 versehen
ist und ein Projektionsmodul 32 umfasst, wobei das Projektionsmodul
mit einem Schwenkrahmen 30 versehen ist, der gegenüber einem
Halterahmen 33 verschwenkt werden kann, um eine dynamische
Kurvenlichtfunktion zu realisieren. Die Antriebseinheit ist hierbei
wiederum mit dem Bezugszeichen 10 versehen. In Darstellung b)
ist die Antriebseinheit nun in auseinandergezogener Darstellung
gezeigt, wobei die Bezugszeichen den Bezugszeichen in 8 entsprechen.
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Auf
die vorstehend beschriebene Weise kann eine Antriebseinheit sowie
ein Scheinwerfer für ein
Kraftfahrzeug bereitgestellt werden, bei dem mit geringem benötigtem Bauraum
eine Kurvenlichtfunktion oder eine sonstige Verschwenkfunktion eines Lichtmoduls
erreicht werden kann.