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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine tragbare, handgeführte elektrische
Maschine oder Elektromaschine.
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Tragbare
handgeführte,
also im Betrieb von Hand gehaltene und von Hand betriebene Elektromaschinen,
wie z. B. elektrische Bohrmaschinen, Schleifmaschinen, Schrauber,
Sägen,
Rohrbiegemaschinen und Gewindeschneidmaschinen, sind auf Baustellen
und bei Heimwerkern weit verbreitet. Derartige Maschinen arbeiten
mit einem Elektromotor als Antrieb. Der Elektromotor kann dabei
zweckmäßig über eine
Getriebeanordnung eine Arbeitsspindel antreiben, die ihrerseits
zum Antreiben eines Werkzeugs dient. Beim Werkzeug kann es sich
dann je nach Art der Elektromaschine um ein Spannfutter für Bohrer,
Schraubwerkzeuge, sogenannte Bits, eine Schleifeinrichtung, eine
Sägeeinrichtung
oder dergleichen handeln.
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Beim
Einsatz derartiger Elektromaschinen kann es erforderlich sein, das
zur Verfügung
stehende Drehmoment bzw. die Drehzahl der Arbeitsspindel an die
jeweilige Arbeitssituation anzupassen. Beispielsweise ist beim Einschrauben
einer Schraube zunächst
nur ein vergleichsweise kleines Drehmoment erforderlich, während nach
der Anlage des Schraubenkopfs zum Verspannen der Bauteile ein größeres Drehmoment
erforderlich ist. Bis zur Kopfanlage kann zumindest bei dünneren Schrauben auch
mit einer höheren
Drehzahl geschraubt werden, während
für das
Verspannen der Bauteile eine niedrigere Drehzahl günstiger
ist. Auch bei Bohrvorgängen
kommt es vor, dass unterschiedliche Drehzahlen und unterschiedliche
Drehmomente erforderlich sind. Bei dünneren Bohrern können beispielsweise
höhere Drehzahlen
erwünscht
sein, während
nur kleinere Drehmomente erforderlich sind. Bei größeren Bohrern
kann das benötigte
Drehmoment von der mit der Bohrtiefe zunehmende Reibung abhängen. Auch hängt das
erforderliche Drehmoment vom Druck ab, den der jeweilige Werker über die
Elektromaschine auf den Bohrer bzw. auf das Schraubwerkzeug ausübt.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
die Elektromaschine mit einem Schaltgetriebe auszustatten, das von
Hand betätigbar
ist. Dies ist jedoch vergleichsweise umständlich und zeitraubend, da
dies in der Regel nicht während
des jeweiligen Arbeitsvorgangs durchführbar ist, so dass dieser unterbrochen
werden muss. Dementsprechend wird bei bekannten Elektromaschinen
häufig
ein Kompromiss aus verfügbarem
Drehmoment und maximaler Drehzahl realisiert. Dabei reichen die
zur Verfügung
gestellten Drehmomente für
bestimmte Anwendungen nicht aus, was zu einer Überlastung des Elektromotors
und – soweit
vorhanden – eines
Akkus führen
kann. Ebenso sind die zur Verfügung
stehenden Drehzahlen für
kleine Bohrer bzw. für
dünne Schrauben
oft zu niedrig, was zu einer reduzierten Arbeitsgeschwindigkeit
führt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
eine Elektromaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte
Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie während des
Betriebs eine Veränderung
des Drehmoments bzw. der Drehzahl ermöglicht, wenn dies für die jeweilige
Arbeitssituation erforderlich ist, wobei außerdem insgesamt größere Drehmomente
sowie größere Drehzahlen
realisierbar sein sollen.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Getriebeanordnung
mit einem Automatikgetriebe auszustatten, bzw. durch ein Automatikgetriebe
zu bilden. Dabei ist dieses Automatikgetriebe so ausgestaltet, dass
es in Abhängigkeit
der Drehzahl des Elektromotors, also in Abhängigkeit der Motordrehzahl
ein Übersetzungsverhältnis von
Antriebsdrehzahl des Automatikgetriebes zu Abtriebsdrehzahl des
Automatikgetriebes automatisch verändert. Dabei erfolgt diese
automatische Veränderung derart,
dass das genannte Übersetzungsverhältnis mit
zunehmender Motordrehzahl abnimmt. Dies hat zur Folge, dass bei
kleineren Motordrehzahlen aufgrund des größeren Übersetzungsverhältnisses
relativ große
Drehmomente bei relativ kleinen Drehzahlen an der Arbeitsspindel
zur Verfügung
stehen, während
bei größeren Motordrehzahlen
aufgrund des kleineren Übersetzungsverhältnisses
das zur Verfügung
stehende Drehmoment abnimmt, während
die Drehzahl der Arbeitsspindel deutlich zunimmt.
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Besonders
vorteilhaft ist hierbei, dass beim Anfahren der Elektromaschine
stets das maximale Drehmoment zur Verfügung steht und dass die Drehzahl
der Arbeitsspindel, also die Spindeldrehzahl durch Erhöhen der
Motordrehzahl stark erhöht
werden kann, sobald dies ein entsprechend niedriger Drehmomentbedarf
zulässt.
Da das Automatikgetriebe das Übersetzungsverhältnis automatisch,
also selbsttätig
verändert,
vereinfacht sich die Handhandhabung der Elektromaschine. Die Veränderung
des Übersetzungsverhältnisses
erfolgt dabei auch unter Last, also während des Betriebs der Elektromaschine,
so dass der Arbeitsvorgang hierzu nicht unterbrochen werden muss.
Gleichzeitig ermöglicht
das Automatikgetriebe eine Auslegung der Elektromaschine auf größere Spindeldrehzahlen,
wenn wenig Drehmoment benötigt
wird, sowie größere Drehmomente, wenn
kleinere Spindeldrehzahlen ausreichen. Die höhere maximale Spindeldrehzahl
sowie das erhöhte maximale
Drehmoment lassen sich mit Hilfe des Automatikgetriebes realisieren,
ohne dass hierbei der Elektromotor und – soweit vorhanden – ein zugehöriger Akku überlastet
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform kann
das Automatikgetriebe so ausgestaltet sein, dass es bei kleineren
Motordrehzahlen, beispielsweise bei Motordrehzahlen bis 50% der
maximalen Motordrehzahl, ein Übersetzungsverhältnis rea lisiert, das
größer als
1 ist. Das bedeutet, dass bei diesen kleineren Motordrehzahlen eine
Abtriebswelle des Automatikgetriebes langsamer dreht als eine Antriebswelle
des Automatikgetriebes. Für
größere Motordrehzahlen,
die beispielsweise größer als
50% der maximalen Motordrehzahl sind, kann das Automatikgetriebe
ein Übersetzungsverhältnis realisieren,
das kleiner als 1 ist. Das bedeutet, dass die Abtriebswelle schneller
dreht als die Antriebswelle. Das Automatikgetriebe kann somit lastabhängig „in das
Langsame" sowie „in das
Schnelle" übersetzen.
Hierdurch lassen sich vergleichsweise große Drehzahlbereiche und Drehmomentbereiche
realisieren.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausführungsform,
bei welcher das Automatikgetriebe einen Riemenvariator aufweist.
Ein derartiger Riemenvariator besitzt ein Antriebskegelscheibenpaar
und ein Abtriebskegelscheibenpaar, die über einen Treibriemen miteinander
antriebsgekoppelt sind, wobei das Übersetzungsverhältnis durch
den Axialabstand der Kegelscheiben beim jeweiligen Paar bestimmt
ist. Bei jedem Kegelscheibenpaar sind die beiden Kegelscheiben so
angeordnet, dass sie sich aufeinander zu verjüngen. Der Axialabstand zwischen
den beiden Kegelscheiben nimmt demnach von radial innen nach radial
außen
zu. Der Axialabstand der beiden Kegelscheiben bestimmt den Radius,
mit dem der Treibriemen im jeweiligen Kegelscheibenpaar an den Kegelscheiben
anliegt. Durch Verändern
des Axialabstands der Kegelscheiben bei den Kegelscheibenpaaren
kann das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebskegelscheibenpaar
und Abtriebskegelscheibenpaar stu fenlos variiert werden. Ein derartiger
Riemenvariator baut relativ kompakt und ermöglicht dabei einen vergleichsweise
großen
Bereich realisierbarer Übersetzungsverhältnisse.
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Besonders
vorteilhaft ist nun eine Weiterbildung, bei welcher außerdem eine
Stelleinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit der Motordrehzahl
den Axialabstand der Kegelscheiben bei einem der Paare verändert. Hierdurch
kann die Stelleinrichtung in Abhängigkeit
der Motordrehzahl das Übersetzungsverhältnis vergleichsweise
einfach einstellen. Eine derartige Stelleinrichtung kann beispielsweise einen
elektrisch betriebenen und elektronisch ansteuerbaren Stellmotor
aufweisen, um die drehzahlabhängige
Variation des Übersetzungsverhältnisses zu
realisieren. Alternativ kann die Stelleinrichtung mit einem Fliehkraftsteller
ausgestattet sein bzw. durch einen solchen gebildet sein. Ein derartiger
Fliehkraftsteller arbeitet fremdenergiefrei und kommt insbesondere
ohne zusätzliche
Sensorik zur Erfassung der Motordrehzahl aus. Er realisiert eine
zuverlässig funktionierende,
rein mechanische Lösung.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
stark vereinfachte prinzipielle Seitenansicht einer Elektromaschine,
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht
der Elektromaschine im Bereich einer Getriebeanordnung,
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3 eine
perspektivische Ansicht der Getriebeanordnung,
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4 eine
Draufsicht der Getriebeanordnung entsprechend einer Blickrichtung
IV in 3,
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5 eine
Schnittansicht der Getriebeanordnung entsprechend Schnittlinien
V in 4,
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6 eine
Seitenansicht der Getriebeanordnung entsprechend einer Blickrichtung
VI in 3.
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Entsprechend 1 umfasst
eine Elektromaschine 1 eine Arbeitsspindel 2,
einen Elektromotor 3 und eine Getriebeanordnung 4.
Die Elektromaschine 1 ist als tragbare und handgeführte Elektromaschine 1 ausgestaltet.
Das bedeutet, dass sie ein vergleichsweise geringes Gewicht besitzt,
beispielsweise weniger als 2 kg, vorzugsweise weniger als 1 kg. Dabei
bedeutet „handgeführt", dass die Elektromaschine 1 nicht
nur manuell transportierbar ist, sondern auch im Arbeitseinsatz
für eine
manuelle Handhabung vorgesehen ist.
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Im
gezeigten Beispiel ist die Elektromaschine 1 als Schraubmaschine
oder Schrauber ausgestaltet, wobei dieser Schrauber optional mit
einem Spannfutter 5 ausgestattet werden kann, um ihn auch als
Bohrmaschine verwenden zu können.
Ebenso kann die Elektromaschine 1 als reine Bohrmaschine ausgestaltet
sein, die sich bei einer entsprechenden Drehzahlregelung auch als
Schrauber verwenden lässt.
Bei anderen Ausführungsformen
kann die Elektromaschine 1 beispielsweise auch eine Säge, eine Schleifmaschine,
eine Rohrbiegeeinrichtung sowie eine Gewindeschneidmaschine oder
dergleichen sein.
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Die
Arbeitsspindel 2 dient zum Antreiben eines hier nicht dargestellten
Werkzeugs. Beispielsweise kann die Arbeitsspindel 2 entsprechend 2 eine
Werkzeugaufnahme 6 aufweisen, z. B. in Form eines Innenmehrkants.
Mit dieser Werkzeugaufnahme 6 kann die Arbeitsspindel 2 beispielsweise
sogenannte Bits formschlüssig
aufnehmen, die Schraubwerkzeuge beliebiger Konfiguration bilden.
Die Arbeitsspindel 2 kann auch zur Aufnahme des Spannfutters 5 dienen,
an dem ver schiedene Bohrer einspannbar sind, die dann ebenfalls
Werkzeuge bilden, die über
die Arbeitsspindel 2 antreibbar sind.
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Der
Elektromotor 3 treibt über
die Getriebeanordnung 4 die Arbeitsspindel 2 an.
Die Getriebeanordnung 4 umfasst im gezeigten Beispiel ein
Automatikgetriebe 7 sowie ein Vorschaltgetriebe 8.
Bei einer anderen Ausführungsform
kann die Getriebeanordnung 4 auch ohne Vorschaltgetriebe 8 auskommen. Insbesondere
kann die gesamte Getriebeanordnung 4 aus dem Automatikgetriebe 7 gebildet
sein. Das besagte Automatikgetriebe 7 ist so ausgestaltet,
dass es ein variierendes Übersetzungsverhältnis von
Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl ermöglicht. Dabei ist das Automatikgetriebe 7 so
ausgestaltet, dass es das Übersetzungsverhältnis in
Abhängigkeit
der Drehzahl des Elektromotors 3 automatisch verändert und
zwar so, dass das Übersetzungsverhältnis mit zunehmender
Motordrehzahl abnimmt.
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Entsprechend 1 kann
die Elektromaschine 1 als netzunabhängig betreibbare Elektromaschine 1 ausgestaltet
sein. Dementsprechend ist die Elektromaschine 1 hier mit
einem Akku 9 ausgestattet, also mit einem elektrischen
Energiespeicher. Ebenso ist eine netzabhängig betreibbare Elektromaschine 1 denkbar,
die dann ohne Akku 9 auskommt, dafür über ein Kabel mit einem Stromnetz
verbunden werden muss.
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Die
Elektromaschine 1 besitzt in üblicher Weise ein Gehäuse 15,
in dem die Arbeitsspindel 2 (zumindest teilweise), der
Elektromotor 3 und die Getriebeanordnung 4 untergebracht sind.
Die Getriebeanordnung 4 ist hierbei oberhalb eines Griffsabschnitts 16 des
Gehäuses 15 angeordnet
und kann teilweise in den Griffabschnitt 16 hineinragen.
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Entsprechend 2 weist
das Automatikgetriebe 7 eingangsseitig oder antriebsseitig
eine Antriebswelle 10 auf, während ausgangsseitig oder abtriebsseitig
eine Abtriebswelle 11 vorgesehen ist. Die Antriebswelle 10 ist
mit dem Elektromotor 3 antriebsgekoppelt, während die
Abtriebswelle 11 mit der Arbeitsspindel 2 antriebsgekoppelt
ist. Im gezeigten Beispiel ist der Elektromotor 3 über das
Vorschaltgetriebe 8 mit der Antriebswelle 10 antriebsverbunden. Das
Vorschaltgetriebe 8 umfasst hierbei ein erstes Ritzel 12,
das drehfest mit einer Motorwelle 13 des Elektromotors 3 verbunden
ist, sowie ein zweites Ritzel 14, das drehfest mit der
Antriebswelle 10 verbunden ist und das mit dem ersten Ritzel 12 kämmt. Das Vorschaltgetriebe 8 kann
beispielsweise so dimensioniert sein, dass es die Drehzahl des Elektromotors 3,
also die Motordrehzahl halbiert. Beispielsweise ist der Elektromotor 3 so
ausgelegt, dass er dauerhaft eine Drehzahl von 30.000 U/min realisieren
kann. Bei diesem Nennbetriebspunkt des Elektromotors 3 dreht
dann die Antriebswelle 10 im Beispiel mit 15.000 U/min.
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Das
Automatikgetriebe 7 ist vorteilhaft so ausgestaltet, dass
es bei kleineren Motordrehzahlen, z. B. bis 50% der Nenndrehzahl,
ein Übersetzungsverhältnis größer als
1 realisiert und bei größeren Motordrehzahlen,
z. B. ab 50% der Nenndrehzahl, ein Übersetzungsverhältnis kleiner
als 1 er möglicht. Bei
50% der Nenndrehzahl ist im Beispiel das Übersetzungsverhältnis gleich
1. Beispielsweise realisiert das Automatikgetriebe 7 einen
von 0,5 bis 2 reichenden Bereich von Übersetzungsverhältnissen.
Ebenso kann das Automatikgetriebe 7 so ausgelegt sein, dass
der realisierbare Bereich an Übersetzungsverhältnissen
von 0,25 bis 4 reicht. Bemerkenswert ist, dass das Automatikgetriebe 7 bei
dieser bevorzugten Ausführungsform
somit „Übersetzungen" und „Untersetzungen" ermöglicht.
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Entsprechend
den 2 bis 6 kann das Automatikgetriebe 7 bei
der hier vorgestellten bevorzugten Ausführungsform einen Riemenvariator 17 aufweisen.
Der Riemenvariator 17 weist ein Antriebskegelscheibenpaar 18,
ein Abtriebskegelscheibenpaar 19 und einen Treibriemen 20 auf.
Das Antriebskegelscheibenpaar 18 umfasst zwei Antriebskegelscheiben 21 und 22 und
ist auf geeignete Weise drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden.
Das Abtriebskegelscheibenpaar 19 weist zwei Abtriebskegelscheiben 23, 24 auf
und ist auf geeignete Weise drehfest mit der Abtriebswelle 11 verbunden.
Der Treibriemen 20 koppelt die beiden Kegelscheibenpaare 18, 19 antriebsmäßig. Bei
jedem Kegelscheibenpaar 18, 19 sind die zugehörigen Kegelscheiben 21, 22 bzw. 23, 24 axial
beabstandet angeordnet, und zwar mit einander zugewandten Kegelseiten,
so dass der Axialabstand zwischen den beiden Kegelscheiben 21, 22 bzw. 23, 24 des
jeweiligen Paars 18, 19 von radial innen nach
radial außen
zunimmt. Je nach Axialabstand zwischen den Kegelscheiben 21, 22 bzw. 23, 24 des
jeweiligen Scheibenpaars 18, 19 kommt der Treibriemen 20 innerhalb
des jeweili gen Scheibenpaars 18, 19 radial weiter
innen oder radial weiter außen
an den jeweiligen Scheiben 21, 22 bzw. 23, 24 zur
Anlage. Dabei ist eine Kontaktkontur des Treibriemens 20 an
die Konizität
der Scheibenpaare 18, 19 angepasst.
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Bei
dem in den 2 bis 6 gezeigten Zustand
besitzen die Antriebskegelscheiben 21, 22 ihren
maximalen Axialabstand, während
die Abtriebskegelscheiben 23, 24 ihren minimalen
Axialabstand aufweisen. Dementsprechend ist der Treibriemen 20 innerhalb
des Antriebskegelscheibenpaars 18 radial innen positioniert,
während
er beim Abtriebskegelscheibenpaar 19 radial außen positioniert ist.
In diesem Ausgangszustand ist das Übersetzungsverhältnis am
größten, und
zwar größer als
1. Beispielsweise liegt das Übersetzungsverhältnis in diesem
Ausgangszustand bei 2 oder 3 oder 4. Im anderen Extremzustand des
Riemenvariators 17 besitzen die Antriebskegelscheiben 21, 22 ihren
minimalen Axialabstand, während
die Abtriebskegelscheiben 23, 24 ihren maximalen
Axialabstand einnehmen. Dann befindet sich der Treibriemen 20 im
Antriebskegelscheibenpaar 18 radial außen, während er im Abtriebskegelscheibenpaar 19 radial
innen positioniert ist. Das Übersetzungsverhältnis ist
dann am kleinsten, und zwar kleiner als 1. Beispielsweise kann das Übersetzungsverhältnis dann
bei 1/2 oder 1/3 oder 1/4 liegen. Durch Variieren des Axialabstands zwischen
den Kegelscheiben 21, 22 bzw. 23, 24 beim jeweiligen
Paar 18, 19 kann somit das Übersetzungsverhältnis bestimmt
werden.
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Das
Automatikgetriebe 7 umfasst außerdem eine Stelleinrichtung 25,
mit deren Hilfe der Axialabstand zwischen den Kegelscheiben 21, 22 bzw. 23, 24 bei
einem der Kegelscheibenpaare 18 bzw. 19 verändert werden
kann, und zwar in Abhängigkeit
der Motordrehzahl. Im gezeigten Beispiel ist die Stelleinrichtung 25 dem
Antriebskegelscheibenpaar 18 zugeordnet. Ebenso ist eine
Ausführungsform
denkbar, bei welcher die Stelleinrichtung 25 dem Abtriebskegelscheibenpaar 19 zugeordnet
ist.
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Grundsätzlich kann
die Stelleinrichtung 25 bei einer hier nicht gezeigten
Ausführungsform
einen elektrisch betriebenen und elektronisch ansteuerbaren Stellmotor
aufweisen, der dann in Abhängigkeit der
Drehzahl des Elektromotors 3 den Axialabstand des jeweiligen
Scheibenpaares 21, 22 bzw. 23, 24 einstellt.
Hierzu ist die Stelleinrichtung 25 dann mit einer entsprechenden
Steuerung ausgestattet, die über
eine entsprechende Sensorik die aktuelle Motordrehzahl kennt und
durch eine entsprechende Ansteuerung des Stellmotors den zugehörigen Axialabstand
zwischen den jeweiligen Kegelscheiben 21, 22 bzw. 23, 24 einstellt.
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Bei
der hier gezeigten Ausführungsform weist
die Stelleinrichtung 25 einen Fliehkraftsteller 26 auf
bzw. ist die Stelleinrichtung 25 durch einen Fliehkraftsteller 26 gebildet.
Dieser Fliehkraftsteller 26 weist eine Antriebsscheibe 27 auf,
die an der Antriebswelle 10 axial fest angebracht ist.
Der Fliehkraftsteller 26 wirkt hier mit der in 2 rechts
dargestellten zweiten Antriebskegelscheibe 22 zusam men. Diese
zweite Antriebskegelscheibe 22 ist zu diesem Zweck axial
verstellbar an der Antriebswelle 10 angebracht. Der Fliehkraftsteller 26 weist
mehrere radial verstellbare bzw. radial bewegliche Kopplungskörper 28 auf,
von denen in den 2 und 5 jeweils
nur einer erkennbar ist. Ein derartiger Kopplungskörper 28 kann
beispielsweise durch eine Kugel oder eine Walze oder einen beliebigen
anderen Wälzkörper gebildet
sein. Die Antriebsscheibe 27 ist über die Kopplungskörper 28 axial
an der axial verstellbaren zweiten Antriebskegelscheibe 22 abgestützt. Die
zweite Antriebskegelscheibe 22 kann drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden
sein. Zusätzlich
oder alternativ kann die Antriebsscheibe 27 drehfest mit
der Antriebswelle 10 verbunden sein. Grundsätzlich können auch
beide Scheiben 22, 27 drehfest mit der Antriebswelle 10 verbunden
sein. Ebenso kann es ausreichen, nur eine der beiden Scheiben 22, 27 drehfest
mit der Antriebswelle 10 zu verbinden, wobei dann die beiden
Scheiben 22, 27 über die Kopplungskörper 28 drehfest
miteinander gekoppelt sind.
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Eine
Rotation der Antriebswelle 10 führt somit zu einer Rotation
der Kopplungskörper 28,
wodurch von der Drehzahl der Antriebswelle 10 abhängige Fliehkräfte auf
die Kopplungskörper 28 wirken. In
Abhängigkeit
der Fliehkraft, also letztlich in Abhängigkeit der Motordrehzahl
kommt es nun zu einer Radialverstellung der Kopplungskörper 28.
Durch ihre Radialverstellung erzwingen die Kopplungskörper 28 eine
Axialverstellung der axial verstellbaren zweiten Antriebskegelscheibe 22.
Diese Axialverstellung wird dabei durch die Radial verstellung der
Kopplungskörper 28 dadurch
erzwungen, dass eine entsprechende sich in radialer Richtung verjüngende Konturgebung zwischen
der zweiten Antriebskegelscheibe 22 und der Antriebsscheibe 27 vorgesehen
ist. Der Fliehkraftsteller 26 wirkt somit zu einer von
der Motordrehzahl abhängigen
Axialverstellung mit einer der Scheiben 21, 22 bzw. 23, 24 bei
einem der Paare 18, 19 zusammen.
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Wenn
die Kopplungskörper 28 aufgrund
einer hohen Drehzahl der Antriebswelle 10 nach außen verdrängt werden
und dadurch die zweite Antriebskegelscheibe 22 in Richtung
der ersten Antriebskegelscheibe 21 verstellt wird, reduziert
sich der Axialabstand zwischen den beiden Antriebskegelscheiben 21, 22.
Hierdurch wird der Treibriemen 20 am Antriebskegelscheibenpaar 18 radial
nach außen
verdrängt,
also auf einen größeren Durchmesser
bzw. Radius verschoben. Dies hat zur Folge, dass der Treibriemen 20 innerhalb
des Abtriebskegelscheibenpaars 19 zwangsläufig von
radial außen
nach radial innen verstellt wird, also hin zu kleineren Radien bzw.
Durchmessern. Hierbei verdrängt
der Treibriemen 20 zumindest eine der Abtriebskegelscheiben 23, 24 relativ
zur anderen in axialer Richtung. Zu diesem Zweck ist bei der hier
gezeigten Ausführungsform
die in 2 links dargestellte erste Abtriebskegelscheibe 23 relativ
zur Abtriebswelle 11 axial verstellbar angebracht. Gleichzeitig
bleibt die erste Abtriebskegelscheibe 23 zweckmäßig drehfest
mit der Abtriebswelle 11 verbunden. Der Riemenvariator 17 weist
eine Federeinrichtung 29 auf, welche die axial verstellbare
erste Abtriebskegelscheibe 23 axial gegen die axial feste
zweite Ab triebskegelscheibe 24 antreibt. Die Verstellung
des Treibriemens 20 im Abtriebskegelscheibenpaar 19 von
radial außen
nach radial innen treibt somit die erste Abtriebskegelscheibe 23 gegen
die Rückstellkraft
der Federeinrichtung 29 an.
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Bei
abnehmender Motordrehzahl 3, was bei einem erhöhten Drehmomentbedarf
der Antriebsspindel 2, also durch den der Antriebsspindel 2 entgegengebrachten
Drehwiderstand zwangsläufig
erfolgt oder was durch eine willkürliche Ansteuerung des Elektromotors 3 durch
den Werker realisierbar ist, nimmt die radial nach außen orientierte
Fliehkraft der Kopplungskörper 28 ab,
so dass die Federeinrichtung 29 die erste Abtriebskegelscheibe 23 zur Reduzierung
des Axialabstands beim Abtriebskegelscheibenpaar 19 verstellen
kann, wodurch der Treibriemen 20 am Abtriebskegelscheibenpaar 19 radial nach
außen
verdrängt
wird. Zwangsläufig
wird dabei der Treibriemen 20 am Antriebskegelscheibenpaar 18 radial
nach innen verstellt, wodurch die zweite Antriebskegelscheibe 22 zur
Vergrößerung des
Axialabstands am Antriebskegelscheibenpaar 18 verstellt wird.
Die Kopplungskörper 28 werden
dabei wieder radial nach innen verstellt. Zwischen den extremen Übersetzungsverhältnissen
halten sich somit die Stellkräfte
des Fliehkraftstellers 26 antriebsseitig und die Stellkräfte der
Federeinrichtung 29 abtriebsseitig die Waage.
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Es
ist klar, dass bei einer Ausführungsform, bei
welcher die Stelleinrichtung 25 an der Abtriebsseite des
Riemenvariators 17 angeordnet ist, dann die Federeinrichtung 29 an
der Antriebsseite des Riemenvariators 17 angeordnet ist.
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Zur
Drehkopplung zwischen Antriebsscheibe 27 und zweiter Antriebskegelscheibe 22 können diese
mit radial verlaufenden Rippen 30 ausgestattet sein. Sofern
die Antriebsscheibe 27 und die zweite Antriebskegelscheibe 22 auf
andere Weise drehfest miteinander verbunden sind, kann zumindest
eine dieser Scheiben 22, 27 mit solchen Rippen 30 ausgestattet
sein, um die Kopplungskörper 28 in
Umfangsrichtung zu positionieren.
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Die
Funktionsweise der hier vorgestellten Elektromaschine 1 wird
im folgenden anhand eines Schraubvorgangs näher erläutert, bei dem eine relativ
dünne Schraube
eingeschraubt werden soll. Am Anfang des Schraubvorgangs wird der
Elektromotor 3 vom Werker mit langsamer Drehzahl angesteuert, bis
die Schraube greift. Dann betätigt
der Werker die Elektromaschine 1, beispielsweise ein Akkuschrauber,
so, dass der Elektromotor 3 seine maximale Drehzahl entfaltet.
Da der Schraubwiderstand in dieser Phase des Schraubvorgangs vergleichsweise niedrig
ist, kann der Elektromotor 3 seine maximale Drehzahl entfalten,
beispielsweise 30.000 U/min. Das Vorschaltgetriebe 8 besitzt
ein konstantes Übersetzungsverhältnis von
beispielsweise 2, so dass die Antriebswelle 10 mit 15.000
U/min dreht. Die dabei am Fliehkraftsteller 26 wirkenden
Fliehkräfte
verändern
das im Ruhezustand vorliegende maximale Übersetzungsverhältnis von
z. B. 2 auf das minimale Übersetzungsverhältnis von
z. B. 0,5. Somit nimmt die Drehzahl der Abtriebswelle 11 und
somit der Antriebsspindel 2 von 7.500 U/min bis 30.000
U/min zu. Während
dieser Phase des Schraubvorgangs kann die Schraube somit sehr schnell
eingeschraubt werden. Sobald der Schraubenkopf am jeweiligen Werkstück zur Anlage
kommt, erhöht
sich der Schraubwiderstand, was sich über den Abtriebsstrang auf
den Elektromotor 3 auswirkt, so dass dort die Drehzahl zurückgeht.
Bei zurückgehender
Drehzahl verändert das
Automatikgetriebe 7 automatisch das Übersetzungsverhältnis, wobei
dieses insbesondere wieder seinen Maximalwert annehmen kann. Da
sich Drehzahl und Drehmoment reziprok proportional verhalten, kann
somit für
die letzte Phase des Schraubvorgangs das maximale Drehmoment an
der Arbeitsspindel 2 zur Verfügung gestellt werden.