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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
solcher Kraftfahrzeugscheinwerfer ist per se bekannt. Der bekannte
Kraftfahrzeugscheinwerfer weist ein schwenkbares Lichtmodul und
ein zum Schwenken des Lichtmoduls eingerichteten Stellantrieb auf.
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Durch
das Schwenken des Lichtmoduls im Gehäuse wird die Leuchtrichtung
des Kraftfahrzeugscheinwerfers verstellt. Ein solche Verstellung
erfolgt zum Beispiel mit dem Ziel, eine Fahrbahnausleuchtung beim
Durchfahren einer Kurve zu verbessern.
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Der
Stellantrieb des bekannten Scheinwerfers weist einen Motor und ein
mehrstufiges Getriebe mit einem Antriebsritzel, einem Abtriebsrad
und einem elastischen Spannelement auf. Das Spannelement ist so
angeordnet, dass es ein Getriebespiel reduzierendes elastisches
Spannmoment im Stellantrieb erzeugt.
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Für
das Schwenken von Lichtmodulen in Kraftfahrzeugscheinwerfern sind
verschiedene mehrstufige Getriebe bekannt, die zum Beispiel Bewegungsschrauben
und/oder Schneckengetriebe und/oder Stirn- und Kronradgetriebe aufweisen.
Die meisten dieser Getriebe weisen eine unerwünscht hohe
Getriebehysterese auf, die durch das mechanische Spiel im Getriebe
hervorgerufen wird und die sich in einer Abhängigkeit des
Schwenkwinkels des Lichtmoduls von der Laufrichtung des antreibenden Motors
abbildet. Die mechanische Hysterese der bekannten Getriebe ist für
einen Einsatz als Schwenkantrieb in Kraftfahrzeugscheinwerfern deutlich
zu groß. Sie lässt zum Beispiel Vibrationen des
Lichtmoduls zu, die zu für den Fahrer störenden
Vibrationen des Lichtkegels führen.
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Es
ist in diesem Zusammenhang bekannt, zur Beseitigung der Getriebehysterese
Federn einzusetzen, die ein Drehmoment auf die Abtriebswelle ausüben
und das Getriebespiel durch eine einseitige, über sämtliche
Getriebestufen wirkende Vorspannung eliminieren. Dieses verspannende
Drehmoment bewirkt allerdings bei den aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades
und ihrer Langlebigkeit bevorzugten Stirn- und Kronradgetrieben
ein Zurücklaufen bei stromlosem Antriebsmotor, da diese
Getriebe keine Selbsthemmung aufweisen.
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Darüber
hinaus ist auch aus der
EP
1 516 782 B1 ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Der aus dieser Schrift
bekannte Gegenstand weist ein mehrstufiges Getriebe mit einem selbsthemmenden
Schneckentrieb als erster Getriebestufe auf. Der Schneckentrieb
wird vom Motor angetrieben und betätigt über ein
Doppelzahnrad, das aus einem Schneckenrad und einem drehfest mit
dem Schneckenrad verbundenen Ritzel besteht, ein Abtriebsscheibensegment.
Das Abtriebsscheibensegment ist mit einer Abriebswelle verbunden,
die eine Schwenkachse des Lichtmoduls darstellt. Durch einen Betrieb
des Motors wird das Lichtmodul um die Schwenkachse geschwenkt.
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Um
störende Vibrationen des Lichtkegels zu verringern, wird
in der
EP 1 516 782
B1 vorgeschlagen, das Ritzel nicht nur in eine Verzahnung
des Abtriebsscheibensegments, sondern zusätzlich auch noch
in eine Verzahnung eines drehbar auf der Abtriebswelle gelagerten
und mit dem Abtriebsscheibensegment drehelastisch gekoppelten Spannsegmentes
eingreifen zu lassen. Die drehelastische Kopplung wird durch eine
Feder erzeugt, die sich sowohl am Spannsegment als auch am Abtriebsscheibensegment
abstützt und dabei entgegengesetzt gerichtete Drehmomente
auf das Spannsegment und das Abtriebsscheibensegment ausübt.
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Sowohl
das Spannsegment als auch das Abtriebsscheibensegment greift mit
seiner Verzahnung zwar formschlüssig, aber nicht spielfrei
in das Ritzel ein. Durch die entgegengesetzt gerichteten Drehmomente
und den jeweiligen Eingriff in das Ritzel wird das Abtriebsscheibensegment
und das Spannsegment jeweils spielfrei mit entgegengesetzt orientierten
Zahnflanken des Ritzels verspannt. Da sich die entgegengesetzt gerichteten
Drehmomente gegenseitig kompensieren, entfalten sie keine unerwünschte
Antriebswirkung. Nachteilig ist jedoch, dass der Vorschlag aus der
EP 1 516 782 B1 lediglich
das Spiel in der letzten Getriebestufe eines mehrstufigen Getriebes
beseitigt.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
eines Kraftfahrzeugscheinwerfers der eingangs genannten Art, bei
dem nicht nur eine Getriebestufe, sondern mehr als eine Getriebestufe
spielfrei verspannt ist, ohne dass die Verspannung die Positionsstabilität
des Lichtmoduls bei nicht aktiviertem Stellantrieb, also insbesondere bei
stromlosem Motor, beeinträchtigt.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Mit
der hier vorgestellten Erfindung und ihren Ausgestaltungen werden
mehrere Stufen eines mehrstufigen Getriebes, vorzugsweise eines
Stirn- oder Kronradgetriebes, so miteinander verspannt, dass das
Getriebespiel ganz beseitigt oder zumindest stark reduziert wird.
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Dabei
wird das Verzahnungsspiel zumindest in mehr als einer Getriebestufe
durch eine Federvorspannung beseitigt, ohne dass dabei ein einseitiges Drehmoment
auf den Antriebsmotor ausgeübt wird. Als erwünschte
Folge wird die Positionsstabilität des Systems auch bei
stromlosem Stellantrieb gewährleistet. Das Verspannen von
mehr als einer Getriebestufe ist aus Fertigungs- und Wirtschaftlichkeitsgründen
vorteilhaft gegenüber einer Alternative, bei der jede Getriebestufe
einzeln mit einem eigenen Federelement zu verspannen wäre.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen werden alle Getriebestufen miteinander
verspannt. Dadurch werden unter anderem störende Geräusche
vermieden, die durch ein Prellen und/oder Schwingen einzelner Getrieberäder
im Betrieb verursacht werden würden.
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Die
Erfindung besteht im Kern in der gegeneinander erfolgenden statischen
Verspannung mehrerer Getriebestufen von zwei parallel wirkenden,
in einem Kreis angeordneten Getriebesträngen. Die beiden
parallelen Getriebestränge weisen jeweils die gleich Gesamtübersetzung
auf. Durch den zweiten, redundanten Getriebestrang wird das Getriebe
statisch überbestimmt. Die statische Verspannung zeichnet
sich dadurch aus, dass sich die für die Getriebeverspannung
aufgewendeten Federmomente paarweise aufheben, so dass am Antrieb
bzw. Abtrieb kein Moment resultiert. Dadurch ist sichergestellt,
dass die Getrieberäder durch die Vorspannung immer einseitig
innerhalb des Verzahnungsspiels angelegt werden, das Verzahnungsspiel
also beseitigt wird.
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Das
Schließen der beiden Getriebestränge zu einem
Kreis erfolgt über gemeinsame Zahnräder. Der Kreis
kann an einer beliebigen Stelle unterbrochen werden, um an dieser
Stelle durch Einbringen eines Federelementes ein statisches Moment
aufzubringen, das auf alle doppelt ausgeführten und zu
einem Kreis zusammengeschlossenen Getriebestufen wirkt.
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Je
nach Ausgestaltung kann das gemeinsame Abtriebsrad oder das gemeinsame
Antriebsritzel geteilt und über ein Federelement verbunden
werden. Alternativ kann eines der verschiedenen Doppelzahnräder
geteilt werden. Der Spielausgleich der Federvorspannung wirkt genau
so lange wie die Lastmomente kleiner als die Momente der Federvorspannung
sind.
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Damit
die Getriebeverspannung einwandfrei funktioniert, müssen
lediglich beide Getriebestränge die gleiche Gesamtübersetzung
aufweisen. Dabei können die Übersetzungen der
einzelnen Getriebestufen jedoch durchaus unterschiedlich gewählt
sein. Auch können beide Getriebestrange eine unterschiedliche
Anzahl an Getriebestufen aufweisen oder unterschiedliche Getriebeformen
kombinieren, beispielsweise Stirnrad-, Kronrad- oder Schneckengetriebestufen.
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Besonders
vorteilhaft ist es jedoch, beide Getriebestränge genau
gleich auszuführen und auch die gleichen Lagerachsen zu
verwenden: So kann das Getriebe aus Gleichteilen aufgebaut werden
und Lagerelemente, z. B. Achsen, können von beiden Getriebesträngen
gemeinsam genutzt werden.
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Die
Teilung des gemeinsamen Abtriebsrades oder Antriebsritzels geschieht
bevorzugt so, dass das entsprechende Getrieberad oder Ritzel durch zwei
Getrieberäder oder Ritzel mit derselben Verzahnungsgeometrie
ersetzt wird, die beide auf derselben Drehachse gelagert sind. Nun
werden die beiden Getrieberäder mit einem Federelement
gegeneinander verspannt, wobei sich das Federelement an beiden Getrieberädern
bzw. Ritzeln abstützt und so ein gegensinniges Kräftepaar
in Umfangsrichtung erzeugt, das in Verbindung mit dem Abstand des
Federkraftvektors von der gemeinsamen Drehachse beiden Zahnrädern
ein gegensinniges Moment einprägt. In analoger Weise können
Doppelzahnräder geteilt werden: Das im Doppelzahnrad fest
verbundene Getrieberad und Ritzel wird getrennt und auf derselben Drehachse
drehbar gelagert. Eine Feder, die sich sowohl am Ritzel als auch
Getrieberad abstützt prägt dem Ritzel und dem
Getrieberad ein gegensinniges Drehmoment ein. Als Federelemente
kommen alle Arten von Metallfedern infrage: z. B. Schraubendruckfedern,
Schenkelfedern und Biegeformfedern.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen,
der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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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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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 das
technische Umfeld der Erfindung;
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2 eine Ausgestaltung eines mehrstufigen
Getriebes;
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3 ein
Momentenflussdiagramm zur 2;
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4 eine Ausgestaltung eines geteilten Doppelzahnrades
zur Erzeugung einer drehelastischen Kopplung;
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5 eine weitere Ausgestaltung eines mehrstufigen
Getriebes;
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6 ein
Momentenflussdiagramm zur 5;
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7 eine Ausgestaltung eines geteilten Abtriebszahnrades
zur Erzeugung einer drehelastischen Kopplung;
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8 eine weitere Ausgestaltung eines mehrstufigen
Getriebes; und
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6 ein
Momentenflussdiagramm zur 8.
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Im
Einzelnen zeigt die 1 einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 mit
einem als Quader dargestellten Gehäuse 2, einer
transparenten Abdeckscheibe 2.1, mindestens einem Steuergerät 17 sowie
einem Kurvenlichtmodul 3, das um eine horizontale Achse 4 im
Gehäuse 2 verschwenkbar ist.
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Das
Kurvenlichtmodul 3 weist einen Tragrahmen 5, ein
Lichtmodul 6, ein erstes Steuergerät 7,
einen ersten Motor 8, und einen Getriebekasten 9 auf, die
zusammen eine Baugruppe bilden. Dabei ist das Lichtmodul 6 um
eine vertikale Achse drehbar im Tragrahmen 5 gelagert.
Motor 8 und Getriebekasten 9 sind einerseits mit
dem feststehenden Tragrahmen 5, andererseits mit dem Lichtmodul 6 verbunden
und können so ein Verstellmoment zwischen Tragrahmen 5 und
Lichtmodul 6 ausüben.
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Das
Lichtmodul 6 weist wenigstens eine Lichtquelle und ein
Optikelement auf, das den von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrom
bündelt und längs einer Leuchtrichtung 10 in
das Vorfeld des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 richtet.
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Bei
der Lichtquelle handelt es sich bevorzugt um eine Gasentladungslampe,
z. B. um eine Xenon-Lampe, eine Halbleiterlichtquelle, z. B. um
eine Anordnung von Lichtemittierenden Dioden (LED) LEDs, oder um
eine Halogenlampe.
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Das
mindestens eine Optikelement kann wahlweise als Projektions- oder
Reflexionssystem ausgeführt sein, d. h. als Linse oder
als (Parabol-)Reflektor. Dabei liegt die mindestens eine Lichtquelle näherungsweise
im (objektseitigen) Brennpunkt der Linse bzw. des Reflektors, die
das ausgesandte Licht direkt auf die Straße projizieren
bzw. reflektieren. Der zweite Brennpunkt liegt ungefähr
im Unendlichen(∞). Darüber hinaus kann das Optikelement zweistufig ausgeführt
werden, wobei die Lichtquelle im ersten Brennpunkt einer Primäroptik
liegt und eine Lichtverteilung im zweiten Brennpunkt dieser Primäroptik
erzeugt. Die Primäroptik besteht dabei aus mindestens einer
Linse oder mindestens einem (elliptischen) Reflektor. Der zweite
Brennpunkt der Primäroptik liegt nun seinerseits in der
ersten Brennebene einer abbildenden Sekundäroptik, die
das so erzeugte Zwischenbild auf die Straße projiziert.
Dieses Zwischenbild bietet die Möglichkeit, die dort erzeugte
Lichtverteilung durch feste oder bewegliche Blenden zu begrenzen,
d. h. abzuschatten, wodurch an den abgeschatteten Rändern
scharfe Hell-Dunkel-Verläufe mit hohen Beleuchtungsstärkegradienten
erzielt werden, die über die Sekundäroptik auf
die Straße projiziert werden. Damit lassen sich Abblendlichtsysteme
mit hoher Reichweite (Beleuchtungsstärke) und geringer Gegenverkehr-Blendung
darstellen. Die Sekundäroptik besteht, ebenso wie die Primäroptik,
aus mindestens einer Linse oder mindestens einem (hier: parabolischen)
Reflektor. Die Sekundäroptik wird bevorzugt als einzelne
asphärische Linse mit Brennweiten zwischen 40 mm und 75
mm ausgeführt. Die Linsen besitzen aus lichttechnischen
Gründen mindestens eine regelmäßig oder
unregelmäßig strukturierte Oberfläche.
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Zweistufige
Optikelemente werden bevorzugt in Verbindung mit Gasentladungslampen
verwendet. Zur Erzeugung verschiedener Lichtverteilungen, wie z.
B. Abblendlicht, Fernlicht, Stadtlicht, Regenlicht, etc. können
verschiedene Blendenmechanismen eingesetzt werden. In einer bevorzugten
Ausführung wird eine Blendenwalze verwendet, die um eine
näherungsweise horizontale Achse drehbar gelagert ist und
auf ihrem Umfang verschiedene Konturen aufweist, die, durch die
Sekundäroptik auf die Straße projiziert, verschiedene
Hell-Dunkel-Geometrien darstellen kann. Eine alternative Ausgestaltung sieht
eine Blendenanordnung mit einem oder mehreren Blendenelementen vor,
die in vertikaler oder in näherungsweise vertikaler Richtung
verstellbar gelagert sind. Diese Blenden können über
einen zweiten Motor 11 und einen Getriebekasten in Verbindung
mit Kulissen oder Kurvenscheibengetrieben vertikal verstellt werden.
Bei dem Getriebekasten kann es sich um den Getriebekasten 9 oder
um einen separaten Getriebekasten handeln. Die verschieden positionierbaren
Blenden erzeugen unterschiedliche Hell-Dunkel-Geometrien, die von
der Sekundäroptik auf die Straße projiziert werden,
wodurch unterschiedliche Abblendlichtfunktionen dargestellt werden
können. In einer bevorzugten Ausführung werden
Teile der Kulissen- oder Kurvenscheibengetriebe direkt an die Blenden
angeformt: bspw. Kulissenkurven, Nocken oder Rollen. Das zwischen
Blendenmechanismus und Motor 11 angeordnete Getriebe wird
bevorzugt als spielarmes Getriebe der erfindungsgemäßen
Art ausgeführt.
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Wenn
als Lichtquelle eine Gasentladungslampe oder eine Halbleiterlichtquelle
verwendet wird, kann ein Steuergerät, bspw. das Steuergerät 7,
zur Steuerung der Energieversorgung dieser Lichtquellen vorgesehen
werden. Optional kann das Steuergerät 7 auch Elektronikelemente
für die elektrische Ansteuerung der Motoren 8 und/oder 11 bzw. 16 enthalten.
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Das
Lichtmodul 6 ist in dem Tragrahmen 5 um eine vertikale
Achse 12 schwenkbar gelagert. In der dargestellten Ausgestaltung
wird eine Schwenkbewegung durch den ersten Motor 8 über
ein im Getriebekasten 9 angeordnetes Horizontalschwenkgetriebe
und eine Hebelmechanik 13 angetrieben, die eine Abtriebswelle 14.1 des
Horizontalschwenkgetriebes mit dem Tragrahmen 5 koppelt.
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Allgemein
gilt, dass das Lichtmodul 6 und der Tragrahmen 5 über
den ersten Motor 8 sowie über den Getriebekasten 9 motorisch
gekoppelt sind. Der Getriebekasten 9 enthält ein
spielarmes Getriebe der erfindungsgemäßen Art.
Durch diese Maßnahme wird eine präzise Verstellung
mit minimaler mechanischer Hysterese sichergestellt.
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Der
Tragrahmen 5 ist seinerseits drehfest mit der horizontal
verlaufenden Achse 4 verbunden, die in der dargestellten
schematisierten Ausgestaltung über ein außen am
Gehäuse 2 angebrachtes Vertikalschwenkgetriebe 15 und
einen dritten Motor 16 betätigt wird. Die drei
Motoren 8, 11 und 16 sind bevorzugt elektrische
Motoren, insbesondere Schrittmotoren und werden von einem der Steuergeräte 7 oder 17 betätigt.
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Das
Lichtmodul 6 ist damit kardanisch aufgehängt.
Bei Verwendung eines Projektionssystems ist bevorzugt, dass der
Schnittpunkt der Schwenkachsen im Mittelpunkt der Hüllkurven
der Außenkontur der Linse liegt.
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Über
eine Ansteuerung des ersten Motors 8 erfolgt eine Verschwenkung
des Lichtmoduls 6 und damit der Leuchtrichtung 10 in
horizontaler Richtung. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der
Motor 8 von dem Steuergerät 17 in Abhängigkeit
von einem Lenkwinkel von lenkbaren Rädern des Kraftfahrzeugs
so gesteuert, dass die Leuchtrichtung 10 dem Lenkwinkel
der lenkbaren Räder folgt. Die Ansteuerung des dritten
Motors 16 verändert eine Vertikalkomponente der
Leuchtrichtung 10 und dient zum Beispiel zur Regelung der
Leuchtweite.
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Das
Horizontalschwenkgetriebe und/oder das Blendenverstellgetriebe und/oder
das Vertikalschwenkgetriebe 15 ist als mehrstufiges und
damit mehrere Übersetzungsstufen aufweisendes Getriebe realisiert.
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Die 2 zeigt eine Ausgestaltung eines solchen
mehrstufigen Getriebes 20.2, das als Horizontalschwenkgetriebe
verwendet wird. Dabei zeigt 2a eine
Draufsicht und die 2b eine perspektivische Darstellung.
Die folgende Beschreibung gilt auch für Verwendungen des
mehrstufigen Getriebes als Vertikalschwenkgetriebe oder als Blendeverstellgetriebe.
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Das
mehrstufige Getriebe 20.2 weist die Antriebswelle 24,
weitere Wellen 30, 32 und die Abtriebswelle 14.1 auf.
Die zwischen zwei Wellen wirksame Übersetzung bildet jeweils
eine Übersetzungsstufe. Das in der 2 dargestellte
mehrstufige Getriebe weist eine erste Übersetzung zwischen
den Wellen 24 und 30, eine zweite Übersetzung
zwischen den Wellen 30 und 32 und eine dritte Übersetzung zwischen
den Wellen 32 und 14.1 auf.
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Die
Antriebswelle 24 trägt ein Ritzel 34.
Die weitere Welle 30 trägt ein in sich starres
Dreifachzahnrad 36 aus einem mittleren Zahnrad 36.1 und zwei äußeren
Zahnrädern 36.2, 36.3. Das mittlere Zahnrad 36.1 wird
von dem Ritzel 34 angetrieben.
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Die
weitere Welle 32 trägt ein in sich starres Doppelzahnrad 38 aus
einem mittleren Zahnrad 38.1 und einem äußeren
Zahnrad 38.2 sowie ein geteiltes Doppelzahnrad 40 aus
einem mittleren Zahnrad 40.1 und einem äußeren
Zahnrad 40.2. Das mittlere Zahnrad 40.1 ist drehfest
mit der Welle 32 verbunden. Das äußere
Zahnrad 40.2 ist drehbar auf der Welle 32 gelagert
und drehelastisch mit dem mittleren Zahnrad 40.1 und damit
auch drehelastisch mit der Welle 32 verbunden. Die äußeren
Zahnräder 38.2 und 40.2 der weiteren
Welle 32 werden von den äußeren Zahnrädern 36.2 und 36.3 der
weiteren Welle 30 angetrieben.
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Mit
der Abtriebswelle 14.1 ist ein Abtriebsrad 42 drehfest
verbunden. Das Abtriebsrad 42 wird von den beiden mittleren
Zahnrädern 38.1, 40.2 der Doppelzahnräder 38, 40 der
weiteren Welle 32 angetrieben.
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Die
Abtriebswelle 14.1 ist mit der Antriebswelle 24 über
einen ersten Getriebestrang und über einen zweiten Getriebestrang
gekoppelt. Der erste Getriebestrang umfasst das Ritzel 34,
das mittlere Zahnrad 36.1 und das äußere
zahnrad 36.2 des Dreifachzahnrades 36, das geteilte
Doppelzahnrad 40 und das Abtriebsrad 42. Der zweite
Getriebestrang umfasst das Ritzel 34, das mittlere Zahnrad 36.1 und das äußere
Zahnrad 36.3 des Dreifachzahnrades 36, das in
sich starre Doppelzahnrad 38 und das Abtriebsrad 42.
Beide Getriebestränge sind zu einem Kreis gekoppelt.
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Details
der drehelastischen Kopplung des mittleren Zahnrades 40.1 und
des äußeren Zahnrades 40.1 des geteilten
Doppelzahnrades 40 werden weiter unten offenbart. Wesentlich
für das Verständnis ist, dass die drehelastische
Kopplung durch ein elastisches Spannelement erzeugt wird und gegensinnig
orientierte Drehmomente auf das mittlere Zahnrad 40.1 und
das äußere Zahnrad 40.2 ausübt. Als
elastisches Spannelement wird in einer Ausgestaltung eine Metallfeder
verwendet. Wesentlich ist ferner, dass die beiden Getriebestränge
des Getriebes 20.2 zu einem Kreis gekoppelt sind. Die von
dem elastischen Spannelement ausgeübten und gegensinnig
orientierten Drehmomente bewirken eine statische Verspannung sämtlicher
in dem Kreis beteiligter Zahnradpaarungen. so dass sich die Zahnflanken von
ineinander eingreifenden Zahnrädern unter Vorspannung aneinander
anlegen. Dadurch wird das zwischen den beteiligten Zahnrädern
auftretende Zahnflankenspiel beseitigt.
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Das
mehrstufige Getriebe 20.2 stellt damit insbesondere eine
Ausgestaltung eines mehrstufigen Getriebes dar, das ein Antriebsritzel 34,
ein Abtriebsrad 42, ein elastisches Spannelement und zwei
Getriebestränge mit jeweils mehr als einer Übersetzungsstufe
aufweist, die zu einem Kreis gekoppelt sind und die durch das elastische
Spannelement statisch gegeneinander verspannt werden, so dass das elastische
Spannelement ein Getriebespiel reduzierendes elastisches Spannmoment
im Stellantrieb erzeugt.
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3 zeigt
ein Momentenflussdiagramm einer Verallgemeinerung der Ausgestaltung 20.2 des mehrstufigen
Getriebes. Dabei repräsentieren die Blöcke 44, 46, 48, 50 und 52 jeweils Übersetzungsstufen,
also Übersetzungen zwischen zwei Wellen des Getriebes 20.2.
Das Getriebe 20.2 weist zwei zu einem Kreis gekoppelte
Getriebestränge 54 und 56 auf. Der Block 44 repräsentiert
eine erste Stufe, die Blöcke 46 und 50 repräsentieren
eine auf die beiden Getriebestränge 54, 56 aufgeteilte
zweite Stufe und die Blöcke 48 und 52 repräsentieren
eine auf die beiden Getriebestränge 54, 56 aufgeteilte
dritte Stufe.
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Die
in den Blöcken einer Stufe wirksamen Übersetzungen
sind in einer Ausgestaltung untereinander gleich. In einer alternativen
Ausgestaltung sind die in den Blöcken einer Stufe wirksamen Übersetzungen
voneinander verschieden. Das ist möglich, solange die in
beiden Getriebesträngen jeweils wirksamen Gesamtübersetzungen
gleich sind.
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Die
durchgezogen dargestellten Pfeile repräsentieren den Fluss
des vom Motor 8 aufgebrachten Drehmoments. Die gestrichelt
dargestellten Pfeile repräsentieren den Fluss des ohne
Motordrehmomenteinflüsse vom elastischen Spannelement aufgebrachten
Momentenflusses. Der zweite Getriebestrang 56 weist nur
drehstarre Kopplungen zwischen seinen Blöcken 50, 52 der
zweiten Stufe und der dritten Stufe auf. Der erste Getriebestrang 54 weist
zwischen seinen Blöcken 46, 48 der zweiten Stufe
und der dritten Stufe eine drehelastische Kopplung 58 auf.
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Die 2 und 3 zeigen
damit unter anderem ein Getriebe 20.2 eines Kraftfahrzeugscheinwerfers,
bei dem zwei benachbarte Getriebestufen durch das elastische Spannelement
drehelastisch gekoppelt sind und die übrigen jeweils benachbarten Getriebestufen
jeweils drehfest miteinander gekoppelt sind. Die dargestellte Ausgestaltung
zeichnet sich ferner dadurch aus, dass das elastische Spannelement
zwei Stufen von einem der beiden Getriebestränge drehelastisch
miteinander koppelt.
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Vom
Motor 8 aufgebrachtes und im ersten Getriebestrang 54 übertragenes
Drehmoment wird daher zwischen der zweiten Stufe (Block 46)
und der dritten Stufe (Block 48) durch das Spannelement übertragen.
Wesentlich ist, dass die vom elastischen Spannelement ohne Einflüsse
des Motors 8 aufgebrachten Drehmomente jeweils gegensinnig
auf die erste und die zweite Stufe einwirken und sich damit innerhalb
des von den Blöcken 46, 48, 52 und 50 gebildeten
Kreises kompensieren. Die von dem Spannelement ohne Einflüsse
des Motors 8 aufgebrachten Drehmomente verspannen den Stellantrieb
daher nur statisch und wirken sich nicht auf den Antrieb oder den
Abtrieb aus.
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Insgesamt
zeigt die 3 ein dreistufiges Getriebe,
dessen zweite und dritte Stufe statisch und damit spielfrei miteinander
verspannt sind. Dabei weist der erste Getriebestrang zwischen der
ersten und der dritten Stufe eine Unterbrechung einer starren Kopplung
und als Ersatz eine drehelastische Kopplung auf, die durch ein elastisches
Spannelement erzeugt wird.
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4 zeigt eine Ausgestaltung eines geteilten
Doppelzahnrades 40, mit dem die drehelastische Kopplung
für die statische Verspannung erzeugt wird. Dabei zeigt 4a das
geteilte Doppelzahnrad 40 im zusammengebauten Zustand,
während 4b das geteilte Doppelzahnrad 40 in
einem in seine Einzelteile zerlegten Zustand zeigt. Das geteilte
Doppelzahnrad 40 besteht aus einem Ritzel, das in der 2 als äußeres Zahnrad 40.1 bezeichnet
wird, einem Getrieberad, das in der 2 als
mittleres Zahnrad 40.2 bezeichnet wird, und aus einem elastischen
Spannelement 60, das in der 4 als Schraubenfederelement
realisiert ist.
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Das
Getrieberad 40.2 weist eine Aufnahme 62 auf, die
von einem Zahnkranz 64 begrenzt wird und dazu eingerichtet
ist, das Ritzel 40.1 aufzunehmen. Auf seiner der Aufnahme 62 zugewandten
Innenseite weist der Zahnkranz über seinen Umfang verteilte
Vorsprünge 66 auf. Darüber hinaus ist
die Aufnahme 60 dazu eingerichtet, das elastische Spannelement 60 aufzunehmen
und abzustützen.
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Das
Ritzel 40.1 weist einen Lagerteller 68 auf, der
passend zur Lage der Vorsprünge 66 korrespondierende
Ausnehmungen 70 aufweist. Die Ausnehmungen 70 erstrecken
sich dabei über eine größere Winkelbreite
als die Vorsprünge 66. Darüber hinaus
ist auch der Lagerteller 68 dazu eingerichtet, das elastische
Spannelement 60 aufzunehmen und abzustützen. Dadurch
kann das Ritzel 40.1 innerhalb der Aufnahme 62 in
den durch die Abmessungen der Ausnehmungen 70 und der Vorsprünge 66 definierten
Grenzen elastisch verdreht werden.
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Die 4 zeigt damit insbesondere eine Ausgestaltung
bei der ein erstes Zahnrad 40.1, das zu einer ersten der
beiden Stufen gehört, und ein zweites Zahnrad 40.2,
das zu einer zweiten der beiden Stufen gehört, auf derselben
Welle 32 drehbar gelagert sind und durch ein elastisches
Spannelement 60 miteinander gekoppelt sind, das sich sowohl am
ersten Zahnrad 40.1 als auch am zweiten Zahnrad 40.2 abstützt
und das den beiden Zahnrädern 40.1, 40.2 dabei
entgegengesetzt gerichtete und betragsmäßig gleiche
Drehmomente einprägt.
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5 zeigt eine weitere Ausgestaltung 20.3 eines
mehrstufigen Getriebes. Die Ausgestaltung 20.3 unterscheidet
sich von der Ausgestaltung 20.2 durch zwei Doppelzahnräder 37 und 39,
die auf der Welle 30 voneinander unabhängig drehbar
gelagert sind und die das Dreifachzahnrad 36 aus der 2 ersetzen. Durch die voneinander unabhängig
drehbare Lagerung wird die erste Stufe des Getriebes 20.3 in
einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufgespalten. Dies wird
auch durch die 6 veranschaulicht, die ein Momentenflussdiagramm
des Getriebes 20.3 darstellt.
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Der
Gegenstand der 6 unterscheidet sich vom Gegenstand
der 3 dadurch, dass der Block 44 aus der 3,
der dort die erste Übersetzungsstufe repräsentiert,
in der 5 durch zwei Blöcke 44a und 44b ersetzt
worden ist. Dieses Ersetzen des Blockes 44 durch zwei Blöcke 44a, 44b bildet das
Ersetzen des Dreifachzahnrades 36 der 2 durch
zwei Doppelzahnräder 37, 39 der 5 ab. Im Ergebnis zeigen die 5 und 6 ein dreistufiges
Getriebe 20.3, bei dem alle drei Getriebestufen statisch
spielfrei verspannt sind.
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Der
erste Getriebestrang 54 umfasst hier die Blöcke 44a, 46 und 48.
Der zweite Getriebestrang 56 umfasst hier die Blöcke 44b, 50 und 52.
Dabei weist der erste Getriebestrang 54 zwischen der ersten
und der dritten Stufe eine Unterbrechung einer starren Kopplung
und als Ersatz die drehelastische Kopplung 58 auf, die
durch ein elastisches Spannelement erzeugt wird. Das elastische
Spannelement ist dabei, wie auch beim Gegenstand der 3 in
ein geteiltes Doppelzahnrad integriert, wie es unter Bezug auf die 4 erläutert worden ist. Im Ergebnis
zeigen die 5 und 6 damit
ein Getriebe 20.3, das sich unter anderem dadurch auszeichnet,
dass die zwei Getriebestränge 54 und 56 über
das Antriebsritzel 34 und über das Abtriebsrad
zu dem Kreis gekoppelt sind.
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7 zeigt eine Alternative einer elastischen Kopplung,
bei der die drehelastische Kopplung für die statische Verspannung
durch ein geteiltes Abtriebsrad 42 erzeugt wird. Dabei
zeigt 7a das geteilte Abtriebsrad 42 im
zusammengebauten Zustand, während 7b das
geteilte Abtriebsrad 42 in einem in seine Einzelteile zerlegten
Zustand zeigt. Das geteilte Abtriebsrad 42 besteht aus
einem oberen Segment 42.1, einem unteren Segment 42.2 und
aus einem elastischen Spannelement 60, das auch in der 7 als Schraubenfederelement realisiert
ist. Die beiden Teile sind auch hier, ähnlich wie bei dem
geteilten Doppelzahnrad 40 der 4,
dazu eingerichtet, um eine gemeinsamen Drehpunkt herum elastisch
verdrehbar miteinander gekoppelt zu sein. In der Ausgestaltung,
die in der 7 dargestellt ist, weist
das obere Segment 42.1 eine Lagerbohrung auf, deren Abmessungen
auf die Abmessungen eines Lagerzapfens 74 des unteren Segments
abgestimmt sind. Darüber hinaus weist sowohl das obere Segment 42.1 als
auch das untere Segment 42.2 eine Aufnahme 76, 78 für
das elastische Spannelement 60 auf, die jeweils dazu eingerichtet
ist, das elastische Spannelement 60 aufzunehmen und abzustützen.
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Dadurch
kann das obere Segment 42.1 im zusammengebauten Zustand
des Antriebsrades 42 in den durch die Abmessungen der Aufnahmen 76, 78 definierten
Grenzen elastisch verdreht werden. Das untere Segment 42.2 ist
dazu eingerichtet, drehfest mit der Abtriebswelle 14.1 verbunden
zu werden.
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8 zeigt eine weitere Ausgestaltung 20.4 eines
mehrstufigen Getriebes. Die Ausgestaltung 20.4 weist wie
die Ausgestaltung 20.3 zwei Doppelzahnräder 37 und 39 auf,
die auf der Welle 30 voneinander unabhängig drehbar
gelagert sind und die das Dreifachzahnrad 36 aus der 2 ersetzen. Durch die voneinander unabhängig
drehbare Lagerung wird auch hier die erste Stufe des Getriebes 20.4 in
einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufgespalten. Dies wird
durch die 9 veranschaulicht. Im Unterschied zu
den Getrieben 20.2 und 20.3 erfolgt die elastische Kopplung 58 beim
Gegenstand der 8 und 9 durch
ein geteiltes Abtriebsrad 42, wie es im Zusammenhang mit
der 7 erläutert worden ist.
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Im
Ergebnis zeigen die 8 und 9 ein dreistufiges
Getriebe, bei dem alle drei Getriebestufen statisch spielfrei verspannt
sind.
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Der
erste Getriebestrang 54 umfasst hier die Blöcke 44a, 46 und 48.
Der zweite Getriebestrang 56 umfasst hier die Blöcke 44b, 50 und 52.
Der erste Getriebestrang 54 ist innerhalb der dritten Getriebestufe
durch eine drehelastisch geteilte Ausgestaltung des Abtriebsrades 42 mit
dem zweiten Getriebestrang 56 drehelastisch gekoppelt.
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Die 7, 8 und 9 zeigen
damit insbesondere eine Ausgestaltung, bei der ein Abtriebsrad 42 senkrecht
zu einer Drehachse 14.1.1 des Abtriebsrades 42 in
einen ersten Teil 42.1 und einen zweiten Teil 42.2 unterteilt
ist, wobei der eine der beiden Teile 42.1, 42.2 des
Abtriebsrades 42 drehfest mit der Drehachse 14.1.1 verbunden
oder verbindbar ist und mit seiner Verzahnung an eine Stufe von
einem der beiden Getriebestränge 54, 56 gekoppelt
ist, der zweite Teil 42.1 des Abtriebsrades 42 drehbar
auf der Drehachse 14.1.1 gelagert ist und mit seiner Verzahnung
an eine Stufe des anderen der beiden Getriebestränge 54, 56 gekoppelt
ist, und wobei der erste Teil 42.1 und der zweite Teil 42.2 des
Abtriebsrades 42 durch ein elastisches Spannelement 60 miteinander
gekoppelt sind, das sich sowohl am ersten Teil 42.1 als
auch am zweiten Teil 42.2 abstützt und das den
beiden Teilen 42.1, 42.2 dabei entgegengesetzt
gerichtete und betragsmäßig gleiche Drehmomente
einprägt. Die Richtung der Drehachse 14.1.1 entspricht
der Richtung der Antriebswelle 14.1. Eine alternative Ausgestaltung
sieht vor, dass an Stelle des Abtriebsrades 42 ein geteiltes
Antriebsritzel verwendet wird. In der Regel wird jedoch das Abtriebsrad
aus Gründen der gewählten Übersetzung
größer sein als das Antriebsritzel und damit mehr
konstruktive Freiheitsgrade beim Entwurf der elastischen Kopplung
bieten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1516782
B1 [0007, 0008, 0009]