DE102013015257B3

DE102013015257B3 - Rotations-Translations-Getriebe mit zuschaltbarer Übersetzung

Info

Publication number: DE102013015257B3
Application number: DE201310015257
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft mehrstufige Rotations-Translations-Getriebe. Das Besondere der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Erweiterung eines Rotations-Translations-Getriebes um eine zusätzliche Getriebestufe, die sich bei Erreichen einer bestimmten Kraft selbsttätig zuschaltet, oder von außen gezielt zugeschaltet wird. Die Kraft wirkt auf ein spannbares System, dessen Kraft-Weg-Kennlinie einen deutlichen Kraftanstieg über den Weg zeigt.

Description

Die Erfindung betrifft mehrstufige Rotations-Translations-Getriebe. Das Besondere der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Erweiterung eines Rotations-Translations-Getriebes um eine zusätzliche Getriebestufe, die sich bei Erreichen einer bestimmten Kraft selbsttätig zuschaltet, oder von außen gezielt zugeschaltet wird. Die Kraft wirkt auf ein spannbares System, dessen Kraft-Weg-Kennlinie einen deutlichen Kraftanstieg über den Weg zeigt.
Stand der Technik:
Der Stand der Technik des Oberbegriffes der Erfindung stellt sich folgendermaßen dar: Ein einstufiges Rotations-Translations-Getriebe bewirkt die Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung. Hierzu wird in der Regel eine Spindel-Mutter Kombination verwendet, bei der entweder die Spindel oder die Spindelmutter als Rotor dient. Die Längsbewegung wird durch den nicht rotierenden Teil der Spindel-Mutter Kombination erzeugt. Bei heute verwendeten Systemen ist diese Spindel-Mutter Kombination im Allgemeinen einstufig ausgeführt. Das heißt, das System besteht aus einer Mutter und einer Spindel mit einem Gewinde zwischen diesen Bauelementen. In Erweiterung der einstufigen Systeme sind mehrstufige Rotations-Translations-Getriebe in einer speziellen Ausführungsform unter dem Begriff Differentialgetriebe bekannt, wobei diese Rotations-Translations-Getriebe bei einer Spindel-Mutter Kombination als Differentialspindel bezeichnet werden.
Der Stand der Technik von Differentialgetrieben ist aus verschiedenen Veröffentlichungen, wie beispielsweise DE 195 19 310 A1 bekannt. Weiterhin wird in den Druckschriften DE 11 2006 001 T5 (2) und JP 3 011 128 U (3) das Prinzip eines Differentialgetriebes eingehend erläutert. Auch hierbei wird durch unterschiedliche Gewindesteigungen eine Übersetzungsfunktion innerhalb eines Getriebes ausgeübt.
Das Grundprinzip zur Erzeugung einer Übersetzung bei Differentialspindeln beruht gemäß dem Stand der Technik auf dem Prinzip unterschiedlicher Gewindesteigungen mit gleicher Gewinderichtung innerhalb des Rotations-Translations-Getriebes mit einem Rotor und zwei Statoren. Der Rotor dreht sich bei allen Betriebszuständen gegenüber beiden Statoren, die verdrehsicher in einem umgebenden offenen oder geschlossenen Rahmen oder Bauraumgehäuse direkt oder indirekt gelagert sind. Die unterschiedliche Steigung der beiden Gewinde erzeugt eine Differenz zwischen den beiden Wegstrecken der Statoren und damit eine Übersetzung.
Das System selbst besteht aus einem Rotations-Translations-Getriebe basierend auf dem Prinzip einer Differentialspindel und dem das Rotations-Translations-Getriebe umgebenden Bauraum, einem offenen oder geschlossenen Gehäuse dieses Bauraumes, und einer federnden Last, auf die das Rotations-Translations-Getriebe aus dem Bauraumgehäuse nach außen wirkt.
Die hier beschriebene Differentialspindel des Systems besteht gemäß 1 aus einem angetriebenen Rotor 010 und zwei Statoren. Bei Drehung des Rotors bewegen sich beide Statoren wegen der erforderlichen identischen Gewinderichtung axial gegenüber dem Rotor in die gleiche Richtung. Auf Grund der unterschiedlichen Gewindesteigung a 014 und Gewindesteigung b 015 der beiden Gewinde legt einer der beiden Statoren einen weiteren Weg zurück als der andere Stator. Der Stator mit der größeren Gewindesteigung a legt hierbei den größeren Weg zurück, ist verdrehsicher gelagert, und wird im Folgenden als Primärstator 011 bezeichnet. Der Stator mit der geringeren Gewindesteigung b legt den geringeren Weg zurück und wird im Folgenden Übersetzungsstator 012 genannt. Der Übersetzungsstator ist verdrehsicher mit einer Abstützung 016 verbunden. Der mögliche Gesamtstellweg L3 019 ergibt sich aus den Baulängen der beiden Statoren und den gewählten Gewindesteigungen.
Die Statoren können gemäß dem Stand der Technik räumlich hintereinander geschaltet werden, oder auch ineinander laufen. Dies ist dann realisierbar, wenn beispielsweise der Rotor ein Außengewinde für den Primärstator, und ein Innengewinde für den Übersetzungsstator besitzt.
Die Differenz der beiden Gewindesteigungen bestimmt den Grad der Übersetzung. Bei geringem Unterschied zwischen den beiden Gewindesteigungen ergibt sich eine höhere Übersetzung.
Beispielhaft für eine Anwendung wird ein Gesamtstellweg L3 019 benötigt. Um diesen Stellweg mittels einer Differentialspindel mit einer Übersetzung von eins zu zehn zu realisieren, muss der Primärstator über einen Stellweg L1 017 relativ zum Rotor eingezogen werden, während der Übersetzungsstator einen Stellweg L2 018 aus dem Rotor ausgefahren wird. L3 ist für die erforderliche Übersetzung hier L2 × 0,1. L1 entspricht L2 × 1,1.
Werden die Statoren der Differentialspindel hintereinander geschaltet, dann ergeben sich aus der notwendigen Übersetzung die erforderlichen Stellwege und damit eine Mindestbaulänge für die Differentialspindel. Diese Stellwege setzen sich aus dem Stellweg L1 des eingefahrenen Primärstators, dem Stellweg L2 des ausgefahrenen Übersetzungsstators, und dem resultierenden Gesamtstellweg L3 zusammen.
Problembeschreibung:
Die vorgenannten, dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtungen der Differentialspindeln besitzen im Allgemeinen koaxial angeordnete Bauelemente. Bei einer größeren Übersetzung oder bei längeren erforderlichen Stellwegen benötigen diese Konstruktionen einen relativ langen Bauraum. Sofern die angestrebte Anwendung einer Differentialspindel durch den zur Verfügung stehenden Bauraum begrenzt ist, oder ein geringes Gewicht angestrebt wird, kann eine herkömmliche Konstruktion der Differentialspindel nur bedingt eingesetzt werden.
Zusätzlich ist die Kraft-Weg-Kennlinie der von außen wirkenden Last bei vielen Anwendungen nicht linear, sondern stark ansteigend. Die bisher verwendeten Vorrichtungen sind nicht adaptiv auf solche Kraft-Weg-Kennlinien, sondern über den gesamten Stellweg mit identischer Übersetzung.
Technische Aufgabe:
Die technische Aufgabe der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, den Bauraum zu reduzieren. Die Übersetzung innerhalb des mehrstufigen Rotations-Translations-Getriebes ist erst bei Erreichen definierter Kriterien wesentlich zu erhöhen.
Das System soll bei Bedarf derart ausgelegt werden, dass die Zuschaltfunktion der Differentialspindel von außen gezielt gesteuert werden kann.
Beschreibung der Erfindung:
1. Rotations-Translations-Getriebe zur Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, bestehend aus einem drehangetriebenen Rotor (140, 240, 340, 440, 540), einem Primärstator (150, 250, 350, 450, 550) und einem Übersetzungsstator (160, 260, 360, 460, 560) mit gleicher Gewinderichtung und unterschiedlicher Gewindesteigung, in einem axial einseitig oder beidseitig offenen Bauraumgehäuse (111, 211, 311, 411, 511), wobei sich der Primärstator (150, 250, 350, 450, 550) bei Rotation des Rotors (140, 240, 340, 440, 540) axial gegenüber dem Rotor (140, 240, 340, 440, 540) verschiebt, dadurch gekennzeichnet, dass

a) der Übersetzungsstator (160) mit der geringeren Gewindesteigung (162) ausgeführt ist und durch ein Bremselement (172) zwischen dem Übersetzungsstator (160) und dem Rotor (140) an einer Drehung gegenüber dem Rotor (140) gehindert werden kann und in diesem Betriebszustand mit dem Rotor (140) mitdreht;
b) der Übersetzungsstator (160) bezüglich seiner Dreh-Fixierung gegenüber dem Bauraumgehäuse (111) separat gesteuert wird;
c) diese Steuerung durch innerhalb des Rotations-Translations-Getriebes integrierte Bauelemente oder durch extern schaltbare Bauelemente (488) erfolgen kann;
d) der Übersetzungsstator (160, 460) beim Lösen und Rücksetzen in den Ausgangszustand gegenüber dem Rotor (140, 440) in seinen Ausgangszustand versetzt wird, indem das Bremselement (172) zwischen dem Rotor (140) und dem Übersetzungsstator (160) durch einen Freilauf (178) überbrückt wird, während ein Bremselement (172) zwischen dem Übersetzungsstator (160) und dem Bauraumgehäuse (111) den Übersetzungsstator (160) an seiner Drehung hindert, oder die Wirkung eines von außen gesteuerten auf den Übersetzungsstator (460) wirkenden Bremselementes (463) größer ist als die Bremswirkung des Bremselementes (472) zwischen dem Rotor (440) und dem Übersetzungsstator (460), bis der Übersetzungsstator (160, 460) seinen Ausgangszustand gegenüber dem Rotor (140, 440) erreicht hat.

Das Prinzip der Differentialspindel wird damit um eine wesentliche Funktion erweitert. Die erfindungsgemäßen Merkmale der Vorrichtung bestehen in einem Übersetzungsstator, der mit dem Rotor mitdreht. Bei Bedarf wird der Übersetzungsstator an der gemeinsamen Drehung mit dem Rotor gehindert und erzeugt in diesem Betriebszustand die Differentialspindelfunktion. Der Übersetzungsstator wird hierzu durch innerhalb des Systems angeordnete Bauelemente, oder durch extern gesteuerte Bauelemente gegenüber dem umgebenden Bauraum arretiert.
Grundprinzip:
Die Verwendung des Prinzips der Differentialspindel kommt erfindungsgemäß nicht über den gesamten Stellweg der Spindelmechanik zum Tragen. Der Übersetzungsstator 052 ist gemäß 2a in einem hier dargestellten Zugsystem durch den Rotorbolzen 071 gegenüber dem Rotor 050 fixiert und dreht sich zunächst zusammen mit dem Rotor 050. In diesem Betriebzustand wird durch die Drehung des Rotors lediglich der Primärstator 051 axial in den Rotor eingezogen. Hierdurch ergibt sich der Stellweg der einfachen Spindelfunktion 060.
Zur Änderung des Betriebszustandes wird die Arretierung zwischen Übersetzungsstator 052 und Rotor 050 gelöst, indem der Rotorbolzen 071 in Löserichtung 073 herausgezogen wird. Gleichzeitig wird der Übersetzungsstator 052 gegenüber dem Lagergehäuse 057 gegen Drehung arretiert, indem der Lagergehäusebolzen 072 in Arretierungsrichtung 074 eingeschoben wird. Danach dreht sich, wie in 2b dargestellt, der Rotor 050 gegenüber beiden Statoren, so dass die Spindelmechanik als Differentialspindel funktioniert. Der Primärstator wird bei weiterer Drehung des Rotors vollständig in den Rotor eingezogen und legt hierbei den Differentialstellweg des Primärstators 062 zurück. Gleichzeitig wird der Übersetzungsstator 052 aus dem Rotor herausgedreht und legt dabei den Differentialstellweg des Übersetzungsstators 064 zurück. Der Stellweg der Differentialspindelfunktion 066 ergibt sich aus der Differenz der beiden Stellwege der beiden Statoren im Betriebszustand der Differentialspindel. Die Differenz der beiden Stellwege ergibt sich aus einem längeren Stellweg des Primärstators, und einem geringeren Stellweg des Übersetzungsstators bei gleicher Undrehungszahl des Rotors. Die unterschiedlichen Stellwege der beiden Statoren werden durch die unterschiedliche Gewindesteigung a 054 des Primärstators und der Gewindesteigung b 055 des Übersetzungsstators erzeugt.
Der Gesamtstellweg des Systems ergibt sich aus der der Addition des Stellweges für die einfache Spindelfunktion 060 und für den Stellweg der anschließend zugeschalteten Differentialspindelfunktion 066.
Durch die Verwendung einer schaltbaren Differentialspindel innerhalb der Spindelmechanik kann die Baulänge eines Systems mit Differentialspindeln reduziert werden, wie aus dem Vergleich zwischen 1 und 2a und 2b erkennbar ist. Durch die Erfindung reduziert sich die Baulänge der beschriebenen Differentialspindel auf ein praktikables Maß bei geringerem Gewicht.
Dieses Grundprinzip der Erfindung kann in Zugrichtung oder in Druckrichtung eingesetzt werden.
Bei der Betrachtung der Gewindeformen wird bei dieser Beschreibung eine Spindel-Mutter-Kombination dargelegt. Grundsätzlich können auch Sonderbauformen von Rotations-Translations-Getrieben, wie z. B. Ball in Ramp Getriebe, die auch zuweilen als Ball an Ramp Getriebe bezeichnet werden, für diese Technologie eingesetzt werden. Zur Steigerung des Wirkungsgrades kann sowohl das Gewinde zwischen Rotor und Primärstator als auch zwischen Rotor und Übersetzungsstator als Kugelumlaufgewinde ausgeführt werden.
Der Rotor kann radial an seinem Umfang oder axial angetrieben werden. Prinzipiell ist eine Bauart mit angetriebener Spindelmutter der Differentialspindel, oder mit angetriebener Spindel der Differentialspindel realisierbar.
Der Einsatz der Erfindung ist angedacht für Anwendungen, bei denen sich die Kraft signifikant über den Stellweg ändert. Die Bauteile, auf die die Kraft dieser Systeme wirkt, verhalten sich wie eine Feder, die sowohl linear als auch progressiv sein kann. Diese Bauteile werden im Folgenden als federnde Last bezeichnet. Dies ist beispielsweise innerhalb einer Scheibenbremse der Fall. Hierbei kann die Erfindung vorzugsweise innerhalb des Bremszylinders und damit in einem geschlossenen Bauraum verwendet werden, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Diese übernimmt für diese Anwendung gleichzeitig die Schmierung der Differentialspindel und der dazu gehörigen Komponenten. Ebenso ist ein Einsatz der Erfindung in offenen Bauräumen verwendbar.
Das wesentliche Thema der Erfindung ist die Erweiterung einer Differentialspindel um eine Baugruppe, die den Übersetzungsstator mit dem Rotor mitdrehen lässt. In diesem Betriebszustand verhält sich die Differentialspindel wie eine einstufige Spindelmechanik, da nur der Primärstator axial gegenüber dem Rotor bewegt wird. Bei Erreichen einer definierten Kraft oder eines definierten Zustandes wird der Übersetzungsstator an seiner gemeinsamen Rotation mit dem Rotor gehindert. In diesem Zustand dreht sich der Rotor um beide Statoren oder in beiden Statoren und das System funktioniert als Differentialspindel. Das Bauelement, auf das der Primärstator bei Drehung des Rotors direkt oder indirekt wirkt, ist in diesem Fall eine federnde Last. Die federnde Last kann eine konstante Last, oder eine sich über den Stellweg veränderliche Last darstellen.
Prinzipiell kann auch der Untersetzungsstator auf eine federnde von außen wirkende Last wirken, wenn der Primärstator im Bauraumgehäuse fixiert ist. Der Antrieb des Rotors erfolgt vorzugsweise an einer an seinem Umfang befindlichen Verzahnung, die eine Axialverschiebung des Rotors zulässt. Dies ist über eine gerade Verzahnung am Rotor realisierbar, in die eine Antriebsschnecke oder ein Stirnrad eingreift. Weiterhin sind auch andere Antriebsmechanismen wie z. B. Zahnriemen, Flachriemen, oder Reibradantriebe möglich, sofern sie eine Verschiebung des Rotors zulassen.
Funktionsbeschreibung selbsttätig schaltendes System:
Ein Rotations-Translations-Getriebe innerhalb eines offenen oder geschlossenen Bauraumes, bestehend aus einem Rotor, einem Primärstator mit einer Gewindesteigung a, und einem Übersetzungsstator mit einer Gewindesteigung b, wird an seinem Rotor angetrieben.
Eine Ausführungsform mit selbsttätiger Zuschaltfunktion der Differentialspindel ergibt sich durch eine Erweiterung des oben beschriebenen Grundprinzips. Bei einer Konstruktion mit einer Spindelmutter als Rotor 140 ist gemäß 3 der Primärstator 150 an seiner Seite in Richtung des Abstützkörpers des Primärstators 112 gegen Verdrehung gesichert und wird durch die Rotation des Rotors 140 gegenüber dem Rotor axial verschoben.
Gleichzeitig wird der Übersetzungsstator 160 durch ein Bremselement 1 172 zwischen dem Rotor und dem Übersetzungsstator an einer Verdrehung gegenüber dem Rotor gehindert. Damit der Übersetzungsstator mit dem Rotor mitdrehen kann, ist der Übersetzungsstator gegenüber dem Bauraumgehäuse 111 axial gelagert. In diesem Betriebszustand arbeitet das System als einstufiges Rotations-Translations-Getriebe, da lediglich der Primärstator bei Rotation des Rotors eine Axialbewegung gegenüber dem Rotor erzeugt, während sich der Übersetzungsstator mit dem Rotor dreht. Dies bewirkt eine relativ große Axialbewegung bezogen auf die Nenndrehzahl des Rotors des Rotations-Translations-Getriebes.
Zuschaltung der Differentialspindelfunktion:
Das Rotations-Translations-Getriebe stützt sich auf der Seite des Übersetzungsstators über eine federnd vorgespannte Lagerung 175 axial gegenüber dem Bauraumboden 113 ab. Diese mit einer definierten Kraft federnd vorgespannte Lagerung wird bei Überschreitung einer Initialkraft komprimiert. Die Initialkraft entspricht der Vorspannkraft 171 der gefederten Lagerung. Bei weiterem Kraftanstieg erfolgt eine Verschiebung des Rotors in Richtung des Bauraumbodens 113. Bei weiter zunehmendem Kraftaufbau wird der Rotor mit dem Übersetzungsstator gegen ein Bodenbremselement 115 gedrückt, das zwischen dem Übersetzungsstator und dem Bauraumboden angeordnet ist. Bei geeigneter Materialauswahl der Andruckflächen zwischen dem Übersetzungsstator und dem Bauraumboden kann die notwendige Reibung ebenfalls erzeugt werden, ein zusätzliches Bremselement kann dann entfallen. Die federnd vorgespannte Lagerung ist bei einem seitlichen Antrieb des Rotors durch eine Antriebswelle 145 vorzugsweise als Kalottenlager 165 innerhalb einer Lagerbohrung 179 im Übersetzungsstator oder alternativ in einer Bohrung im Bauraumboden angeordnet. Die federnd vorgespannte Lagerung besteht vorzugsweise aus einer Feder und einer Kugel, wird durch ein Sicherungselement vorgespannt, und ist gegen Herausfallen gesichert. Das Lagerelement der federnd vorgespannten Lagerung ist so auszulegen, dass es sich gegenüber dem Übersetzungsstator nicht verdreht und somit keine Torsion auf die Feder ausübt.
Alternativ hierzu kann ein axial wirkendes Flächenlager eingesetzt werden, das in Form eines Wälz- oder Gleitlagers und zwischen Übersetzungsstator und dem Bauraumboden angeordnet ist.
Sofern die Antriebswelle gemäß 4 den Rotor 240 bildet und dieser axial außerhalb des Bauraumgehäuses 211 angetrieben wird, ist ein Axiallager 276 um die Antriebswelle und damit den Rotor angeordnet, da bei dieser Bauform die Antriebswelle den Bauraumboden 213 durchstößt.
Der Reibungskoeffizient des gemäß 3 in axialer Richtung wirksamen Bodenbremselementes 115 bewirkt bei zunehmendem Kraftaufbau ein zunehmendes Bremsmoment, sobald die dem Bremselement am Bauraumboden gegenüber liegende Fläche des Übersetzungsstators 160 das Bodenbremselement berührt. Bei weiter steigender Spannkraft 118 erhöht sich dieses Bremsmoment, bis es das Reibmoment des Bremselementes 1 172 zwischen Übersetzungsstator und Rotor übersteigt. Das heißt, durch ein weiteres Zuspannen wird die Reibung am Bodenbremselement zwischen Übersetzungsstator und Bauraumboden erhöht, bis der Übersetzungsstator 160 gegenüber dem Bauraumboden nicht mehr dreht. Damit ist die Zuschaltkraft für die Funktion der Differentialspindel erreicht, der Übersetzungsstator ist gegenüber dem Bauraumboden gegen Verdrehung fixiert.
Ab diesem Funktionsübergang befindet sich das System des Rotations-Translations-Getriebes im Zustand einer Differentialspindel, weil sich der Rotor nun um den Primärstator und um den Übersetzungsstator drehen kann. Dies bewirkt eine reduzierte Axialbewegung bezogen auf die Eingangsdrehzahl am Rotations-Translations-Getriebe, jedoch bei erheblich höherer Spannkraft. Die Spannkrafterhöhung ergibt sich aus der Differenz der beiden Gewindesteigungen a und b abzüglich der Reibungsverluste durch Bremselemente und Gewinde. Durch die Abstützung des Übersetzungsstators über das Bodenbremselement wird die Funktion eines rotationstauglichen Axiallagers überbrückt. Damit wird die federnd vorgespannte Lagerung 175 bei weiterem Kraftanstieg nicht zusätzlich belastet. Dies ist ein wesentlicher Vorteil bei Systemen, bei denen die Axiallagerung schon grenzwertig ausgelegt ist.
Die federnd vorgespannte Lagerung 175 wird weiterhin mit der bis zu diesem Zeitpunkt aufgebauten Kraft belastet, wobei der zusätzliche Kraftaufbau vom Übersetzungsstator 160 direkt über das Bremselement auf den Bauraumboden 113 übertragen wird.
Wird ein Ball in Ramp Getriebe 345 gemäß 5 als Übersetzungsstator 360 verwendet, dann wird die Kraft über die Kugeln 361 des Ball in Ramp Getriebes abgestützt, die Kugeln übernehmen die Wälzkörperfunktion eines Axiallagers.
Lösen und Rücksetzen in den Ausgangszustand:
Zum Lösen des Systems nach 3 wird die Drehrichtung des Rotors 140 umgekehrt. Der Übersetzungsstator stützt sich zunächst weiterhin über das Bodenbremselement 115 ab.
Die Funktion der Differentialspindel mit ihrer Übersetzung ist nach wie vor aktiv, das Reibmoment des Bodenbremselementes ist größer als die Reibmomente im Gewinde und dem Bremselement 1 zwischen Übersetzungsstator und Rotor. Durch weitere Verringerung der Spannkraft 118 wird das Bremsmoment zwischen Übersetzungsstator und Bauraumboden reduziert. Die federnd vorgespannte Lagerung 175, die eine Drehung des Übersetzungsstators ermöglicht, tritt somit wieder in Funktion.
Zur Gewährleistung der dauerhaften Funktion des Systems muss der Übersetzungsstator in jedem Betätigungszyklus wieder in seine Ausgangslage bezogen auf den Rotor gebracht werden. Die technische Aufgabe besteht nun darin zu erwirken, dass sich der Übersetzungsstator beim Lösen des Systems erst dann wieder mit dem Rotor dreht, wenn er seine Ausgangslage bezogen auf den Rotor erreicht hat. Hierzu wird der Übersetzungsstator durch ein von der Zuspannkraft unabhängiges Bremselement 2 163 abgebremst, das ein Reibmoment zwischen dem Übersetzungsstator und dem Bauraumgehäuse 111 erzeugt. Gleichzeitig wird das Bremselement 1 vorzugsweise zwischen dem Übersetzungsstator und dem Rotor durch einen geeigneten Freilauf 178 außer Kraft gesetzt bzw. die Reibwirkung des Bremselementes 1 172 ausreichend reduziert. In diesem Zustand ist die Summe der Reibwirkungen des Bremselementes 2 und der federnd vorgespannten Lagerung größer als die Summe der Gewindereibung zwischen Übersetzungsstator und dem Rotor und der Reibwirkung des Freilaufes. Alternativ hierzu kann das Bremselement 1 lediglich als Bremselement ohne Freilauf konstruiert werden. In diesem Fall wird ein Freilauf bei Bremselement 2 verwendet, der das Bremselement 2 beim Zuspannen überbrückt.
Prinzipiell kann Bremselement 1 oder Bremselement 2 auch mit dem Freilauf kombiniert werden und aus einer Baugruppe bestehen. Die Ausgangslage des Übersetzungsstators ist durch einen Axialanschlag 166 zwischen dem Übersetzungsstator und dem Rotor vorgegeben.
Bei Verwendung eines Ball in Ramp Getriebes gemäß 5 als Übersetzungsstator wird der Weg der Kugeln des Ball in Ramp Getriebes 345 durch Drehwinkelbegrenzungen 366 für die Kugeln begrenzt.
Wird beim Lösen des Systems die Ausgangslage zwischen Übersetzungsstator und Rotor erreicht, dreht der Übersetzungsstator wieder mit dem Rotor mit, und das System verhält sich wieder wie ein einfaches Rotations-Translations-Getriebe.
Der Primärstator wird gemäß 3 durch einen geeigneten Kalottenverklemmschutz 122 daran gehindert, sich beim Lösen des Systems gegenüber dem Rotor oder dem Übersetzungsstator zu verklemmen. Dies kann über Kalottenlager in der gemeinsamen Achse der Statoren, oder alternativ am Umfang des Primärstators gegenüber dem Rotor erfolgen.
Diese Funktionalität eines selbsttätig schaltenden Systems ist ebenfalls mit einer angetriebenen Spindel darstellbar.
Funktionsbeschreibung extern geschaltetes System:
Eine weitere Ausführungsform ergibt sich durch die Verwendung von mechanischen, elektromechanischen, oder hydraulisch schaltbaren Bauelementen, die die Reibwirkung der Bremselemente 1 und 2, und des Bodenbremselementes teilweise oder komplett ersetzen, oder diese Bremselemente steuern. Diese Bauelemente sind beispielsweise in 2a als Rotorbolzen 071 und Lagergehäusebolzen 072 dargestellt.
Durch die schaltbaren Bauelemente ergeben sich Möglichkeiten, das Zuspannen oder Lösen der Differentialspindel gezielt von außen zu steuern.
Alternativ zu einer Steuerung von außen können diese Mechanismen auch durch innerhalb des Systems eingebundene Steuerelemente gesteuert werden.
Die Auswertung des Stromverlaufs an einem das System antreibenden Elektromotor kann direkt in Systemnähe durch eine entsprechende Elektronik, oder über eine übergeordnete Elektronik zur Steuerung des schaltbaren Bauelementes verwendet werden. Unter Beachtung der Stromführung am Elektromotor kann die Spannrichtung gesteuert werden, und die Steuerung des schaltbaren Bauelementes beim Zuspannen oder Lösen eingesetzt werden.
Analog hierzu ist die Auswertung des Druckes bei einem hydraulischen Antrieb des Systems zur Steuerung des schaltbaren Bauelementes beim Zuspannen oder Lösen verwendbar.
Die Vorrichtungen zur Auswertung des Motorstromes bzw. des hydraulischen Druckes sind nicht Bestandteil dieser Patentanmeldung.
Gemäß 6 ermöglicht eine Steuerung der Reibkraft von Bremselement 1 472 den Wegfall des in 4 dargestellten Freilaufes 278 beim Bremselement 1 272. Die Reibkraft von Bremselement 1 472 aus 6 kann beim Zuspannen gegenüber der Reibkraft von Bremselement 2 463 überhöht werden kann.
Analog hierzu ermöglicht eine Steuerung der Reibkraft des Bremselementes zwischen Übersetzungsstator und dem Bauraumgehäuse ebenfalls den Wegfall des in 4 dargestellten Freilaufes 278 beim Bremselement 1, da die gemäß 4 durch Bremselement 2 erzeugte Reibkraft beim Lösen gegenüber der Reibkraft von Bremselement 1 überhöht werden kann.
Das Bodenbremselement und die Verschiebbarkeit des Übersetzungsstators können entfallen, sofern Bremselement 2 durch gesteuerte Reibungserhöhung gleichzeitig die Aufgabe der kraftabhängigen Bremswirkung des Bodenbremselementes übernimmt und die Rotation des Übersetzungsstators verhindert. Die federnd vorgespannte Lagerung kann in diesem Fall durch eine nicht gefederte Axiallagerung ersetzt werden.
Da sich bei dieser Ausführungsform der Übersetzungsstator ab einer definierten Kraft nicht über ein Bodenbremselement abstützen abstützt, muss das Axiallager diesen weiteren Kraftaufbau tragen.
Auf Basis der Ausführungsform gemäß 3 mit einer Spindelmutter als Rotor wird durch eine Erweiterung um einen zweiten verschiebbaren Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 eine beidseitig nach außen hin wirkende Differentialspindel gemäß 7 erzeugt. In diesem Fall ist das Bauraumgehäuse 511 auf beiden Seiten offen, damit wirken die auf beiden Seiten angeordneten Abstützkörper im Betätigungsfall nach außen auf die dort anliegende federnde Last des Primärstators 516 und die federnde Last des Übersetzungsstators 517. Die beiden Abstützkörper sind der Abstützkörper des Primärstators 512, und der Abstützkörper des Übersetzungsstators 513. Der Übersetzungsstator wirkt bei dieser Anordnung nicht gegen einen geschlossenen Bauraumboden, der hier entfällt, sondern gegen den auf der Seite des Übersetzungsstators verschiebbar angeordneten Abstützkörper. Die Spindelmechanik 520 ist bei dieser Bauart innerhalb des Bauraumgehäuses 511 vorzugsweise schwimmend gelagert. Diese Ausführungsform ist für Anwendungen sinnvoll, bei denen auf beiden Seiten des Bauraumgehäuses Druck oder Zug ausgeübt werden soll.
Die Prinzipien der Verwendung von mechanischen, elektromechanischen, oder hydraulisch schaltbaren Bauelementen an den einzelnen Reibelementen sind grundsätzlich bei angetriebener Spindel und bei angetriebener Spindelmutter einsetzbar.
Vorteile der Erfindung
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ergeben sich im Wesentlichen aus den folgenden Punkten:
Das System, das gespannt werden soll, weist eine Kraft/Weg Kennlinie auf, die einen deutlichen Kraftanstieg über den gesamten Stellweg aufweist. Im unteren Kraftbereich wird die Funktion einer einfachen Spindel verwendet. Erst bei weiterem Kraftanstieg schaltet sich die Funktion der Differentialspindel automatisch zu.
Die kraftabhängige zugeschaltete Übersetzungsfunktion ermöglicht eine kürzere Bauart und geringeres Gewicht als bei üblichen Differentialspindeln. Die Anwendung ermöglicht eine Differentialspindelfunktion bei großem Hub bei reduziertem Bauvolumen.
Geringe Übersetzung bei geringer Kraft, große Übersetzung bei großer Kraft.
Ein axiales Abstützlager, das eine Rotation des Rotations-Translations-Getriebes zulässt, wird nur im unteren Kraftbereich benötigt. Im Betriebszustand der Differentialspindel wird das Axiallager durch eine Abstützung gegen das Bremselement ersetzt, somit ist das Lager lediglich geringen Belastungen ausgesetzt.
Das System ist durch entsprechende Ausführungsformen derart gestaltbar, dass die Funktion der Differentialspindel von außen gesteuert werden kann.
Praktische Anwendung:
Die erfindungsgemäße Grundidee des Rotations-Translations-Getriebes als selbsttätig schaltendes System mit angetriebener Spindelmutter ist in 3 dargestellt. Das Rotations-Translations-Getriebe ist in diesem Ausführungsbeispiel als Spindelmechanik 120 realisiert. In diesem Fall ist eine einfache Gewindeform dargestellt, bei der sich die Gewinde des Rotors und der Statoren direkt berühren. Zur Steigerung des Wirkungsgrades kann bei allen im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen sowohl das Gewinde zwischen Rotor und Primärstator, als auch zwischen Rotor und Übersetzungsstator als Kugelumlaufgewinde ausgeführt werden. Hierbei verringern die sich abrollenden Kugeln zwischen den Gewindeflanken von Rotor und einem oder zwei Statoren die Reibung, und bewirken somit eine Erhöhung des Wirkungsgrades.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung nach 3 wird die Spindelmutter angetrieben und bildet den Rotor 140 der Spindelmechanik. Dieser rotiert um den Primärstator 150, wodurch der Primärstator 150, welche im Abstützkörper des Primärstators 112 gegen Drehung gesichert ist, axial gegenüber dem Rotor 140 verschoben wird. Der Antrieb des Rotors 140 erfolgt seitlich über eine Antriebswelle 145.
Detaillierte Beschreibung einer praktischen Anwendung und deren Ausführungsform für ein Rotations-Translations-Getriebe mit angetriebener Spindelmutter und selbsttätig zuschaltender Übersetzung:
Eine beidseitig abgestützte Spindelmechanik 120 innerhalb eines Bauraumes 110 in einem Bauraumgehäuse 111, bestehend aus einem Rotor 140, einem Primärstator 150 mit einem Gewinde des Primärstators 152 mit der Steigung a, und einem Übersetzungsstator 160 mit einem Gewinde des Übersetzungsstators 162 mit der Steigung b, wird an ihrem Rotor 140 angetrieben. Der Rotor 140 wird hierfür an einer an seinem Umfang angebrachten Verzahnung des Rotors 144 mittels einer Antriebswelle 145 angetrieben, wobei diese Antriebswelle 145 mit ihrer Schneckenverzahnung 146 in die Verzahnung des Rotors 144 des Rotors 140 eingreift.
Der Primärstator 150 ist an seiner Seite in Richtung des Abstützkörpers des Primärstators 112 durch eine Verdrehsicherung des Primärstators 114 zwischen dem nach außen verschiebbaren Abstützkörpers des Primärstators 112 gegen Verdrehung gesichert, und wird durch die Rotation des Rotors 140 gegenüber dem Rotor 140 axial verschoben.
Gleichzeitig wird der Übersetzungsstator 160 durch ein Bremselement 1 172 zwischen dem Rotor 140 und dem Übersetzungsstator 160 an einer Verdrehung gegenüber dem Rotor 140 gehindert. Das Bremselement 1 172 stützt sich radial an einem inneren Umfang des Rotors 140 nach außen hin ab, und stützt sich über einen Freilauf 178 an seinem inneren Umfang zum Übersetzungsstator 160 hin ab. Die Freilauf 178 ist derart ausgelegt, dass sie in Zuspannrichtung als Bremse wirkt, während sie in Löserichtung einen Freilauf darstellt. Freilauf 178 und Bremselement 1 172 werden durch ein Freilauf Sicherungselement 174 am Übersetzungsstator 160 fixiert.
In diesem Betriebszustand arbeitet das System als einstufige Spindelmechanik, da lediglich der Primärstator 150 bei Rotation des Rotors 140 eine Axialbewegung gegenüber dem Rotor 140 erzeugt, während der Übersetzungsstator 160 durch das Bremselement 1 172 und der als Bremse wirkende Freilauf 178 an einer Drehung gegenüber dem Rotor 140 gehindert wird, und somit mit dem Rotor 140 dreht. Dies bewirkt eine relativ große Axialbewegung bezogen auf die Eingangsdrehzahl an der Spindelmechanik 120.
Der Primärstator 150 wird gemäß 3 durch einen geeigneten Kalottenverklemmschutz 122 daran gehindert, sich beim Lösen des Systems gegenüber dem Rotor 140 oder dem Übersetzungsstator 160 zu verklemmen.
Zuspannen mit Zuschaltung der Differentialspindelfunktion:
Die Spindelmechanik stützt sich auf der Seite des Übersetzungsstators 160 axial über eine federnd vorgespannte Lagerung 175 gegenüber dem Bauraumgehäuse 111 ab. Die federnd vorgespannte Lagerung 175 besteht aus einem am Bauraumgehäuse 111 angeformten Kalottenlager 165, das gegen eine Kugel 176 anläuft. Die Kugel 176 stützt sich gegen eine Vorspannfeder 177 ab. Eine Lagerbohrung 179, vorzugsweise im Übersetzungsstator 160, nimmt die Kugel 176 und die Vorspannfeder 177 auf, ein Freilauf Sicherungselement 174 im Übersetzungsstator 160 spannt die Kugel 176 gegen die Vorspannfeder 177, so dass eine definierte Vorspannkraft 171 erreicht wird. Das Sicherungselement 164 verhindert gleichzeitig ein Herausfallen der Kugel 176 und der Vorspannfeder 177. Alternativ hierzu kann die federnd vorgespannten Lagerung in einer Bohrung im Bauraumboden vorgesehen werden.
Bei Rotation des Rotors 140 wird der Primärstator 150 gegen den auf seiner Seite des Systems befindlichen verschiebbaren Abstützkörper des Primärstators 112 axial verschoben. Dieser stützt sich gegen die federnde Last 116. Durch weitere Drehung des Rotors 140 wird der Abstützkörper des Primärstators 112 gegen die federnde Last 116 gedrückt. Damit entsteht eine rückwirkende Kraft 125 in Richtung der federnd vorgespannten Lagerung 175 des Übersetzungsstators 160.
Die mit der Vorspannkraft 171 beaufschlagte Vorspannfeder 177 der federnd vorgespannten Lagerung 175 wird bei Überschreitung der Vorspannkraft 171 komprimiert, und damit erfolgt eine Verschiebung des Rotors 140 mit dem darin fixierten Übersetzungsstator 160 in Richtung Bauraumboden 113. Bei weiter zunehmendem Kraftaufbau wird der Rotor 140 mit dem Übersetzungsstator 160 axial gegen ein Bodenbremselement 115 gedrückt, das zwischen dem Übersetzungsstator 160 und dem Bauraumboden 113 angeordnet ist. Die Reibwirkung dieses Bodenbremselementes 115 ist so dimensioniert, dass sie ab einer definierten Zuspannkraft eine Bremskraft erzeugt, die über der Bremskraft des Bremselementes 1 172 und der Gewindereibung der Spindelmechanik 120 liegt, die zwischen Rotor 140 und Übersetzungsstator 160 wirkt. Damit ist der Übersetzungsstator 160 gegenüber dem Bauraum 110 gegen Verdrehung fixiert. Ab diesem Funktionsübergang befindet sich das System der Spindelmechanik im Zustand einer Differentialspindel, weil sich der Rotor 140 nun gegenüber dem Primärstator 150 und dem Übersetzungsstator 160 dreht. Durch die Abstützung des Übersetzungsstators 160 über das Bodenbremselement 115 am Bauraumboden 113 wird die Funktion der rotationstauglichen federnd vorgespannten Lagerung 175 überbrückt. Die federnd vorgespannte Lagerung 175 wird weiterhin mit der bis zu diesem Zeitpunkt aufgebauten Kraft belastet, wobei der zusätzliche Kraftaufbau vom Übersetzungsstator 160 direkt über das Bremselement auf den Bauraumboden 113 übertragen wird.
Lösen und Rücksetzen in den Ausgangszustand:
Zum Lösen des Systems wird die Drehrichtung der Antriebswelle 145 und damit die Drehrichtung des Rotors 140 umgekehrt. Die federnd vorgespannte Lagerung 175 ist zunächst noch in überbrücktem Zustand, der Übersetzungsstator 160 stützt sich weiterhin über das Bodenbremselement 115 am Bauraumboden 113 ab. Die Funktion der Differentialspindel mit ihrer Übersetzung ist nach wie vor aktiv, die Reibung am Bodenbremselement 115 ist größer als die Reibung im Gewinde des Übersetzungsstators 162 zwischen Übersetzungsstator 160 und Rotor 140. Bremselement 1 172 wird bei dieser Drehrichtung durch den Freilauf 178 überbrückt. Aus einer weiteren Drehung des Rotors 140 resultiert eine Verringerung der Zuspannkraft, die Bremswirkung des Bodenbremselementes 115 zwischen dem Übersetzungsstator 160 und dem Bauraumboden 113 wird aufgehoben. Die federnd vorgespannte Lagerung 175, die eine Drehung des Übersetzungsstators 160 ermöglicht, tritt somit wieder in Funktion. Das System verhält sich ab dem Zeitpunkt bezüglich seiner Getriebefunktion wieder wie eine einfache Spindelmechanik. Zur Gewährleistung einer dauerhaften Funktion des Systems muss der Übersetzungsstator 160 in jedem Betätigungszyklus wieder in seine Ausgangslage bezogen auf den Rotor 140 gebracht werden. Hierzu ist zwischen dem Übersetzungsstator 160 und dem Bauraumgehäuse 111 ein von der Zuspannkraft unabhängiges Bremselement 2 163 angeordnet, das ein Reibmoment erzeugt, und den Übersetzungsstator 160 gegenüber dem Rotor 140 abbremst. Gleichzeitig wird das Bremselement 1 172 zwischen dem Übersetzungsstator 160 und dem Rotor 140 durch die Freilauffunktion des Freilaufes 178 außer Kraft gesetzt bzw. die Reibwirkung von Bremselement 1 172 ausreichend überbrückt. Die Summe der Reibwirkung von Bremselement 2 und der federnd vorgespannten Lagerung 175 ist nun größer als die Summe der Reibung des Gewindes des Übersetzungsstators 162 zwischen Übersetzungsstator 160 und dem Rotor 140 und der Reibwirkung des Freilaufes 178. Der Rotor 140 dreht sich durch den Antrieb der Antriebswelle 145 weiter und der durch das Bremselement 2 163 fixierte Übersetzungsstator 160 führt gegenüber dem Bauraumgehäuse 111 keine Drehung aus. Hierdurch wird der Übersetzungsstator 160, der beim Zuspannen in Richtung des Primärstators 150 in den Rotor 140 eingezogen wurde, wieder aus dem Rotor 140 in seine Ausgangslage geführt. Um einen Austritt des Übersetzungsstators 160 aus dem Rotor 140 zu unterbinden, ist ein Axialanschlag 166 am Rotor 140 angebracht, der den axialen Stellweg des Übersetzungsstators 160 bei Erreichen der Ausgangslage bezogen auf den Rotor 140 begrenzt. Bei weiterem Lösen dreht sich der Übersetzungsstator 160 zusammen mit dem Rotor 140, somit ist nur noch der Primärstator 150 zur weiteren Reduzierung der Zuspannkraft wirksam.
Die erfindungsgemäße Grundidee des Rotations-Translations-Getriebes mit zuschaltbarer Übersetzung ist in 1 im Grundsatz dargestellt. Das Rotations-Translations-Getriebe ist in diesem Ausführungsbeispiel als Spindelmechanik 120 realisiert.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Spindelmutter angetrieben und bildet den Rotor 140 der Spindelmechanik. Dieser rotiert um den Primärstator 150, wodurch der Primärstator 150, welche im Abstützkörper des Primärstators 112 gegen Drehung gesichert ist, axial gegenüber dem Rotor 140 verschoben wird. Der Antrieb des Rotors 140 erfolgt seitlich über eine Antriebswelle 145. Die Steuerung der Funktion der Differentialspindel ist bei diesem Anwendungsprinzip innerhalb des Systems der Differentialspindel angeordnet, so dass hierbei eine interne Steuerung vorliegt.
Detaillierte Beschreibung einer praktischen Anwendung und deren Ausführungsform für ein Rotations-Translations-Getriebe mit angetriebener Spindel und selbsttätig zuschaltender Übersetzung:
Die erfindungsgemäße Grundidee des Rotations-Translations-Getriebes als selbsttätig schaltendes System mit angetriebener Spindel ist in 4 dargestellt. Das Rotations-Translations-Getriebe ist in diesem Ausführungsbeispiel als Spindelmechanik 220 realisiert.
Wie in 4 dargestellt, wird eine beidseitig abgestützte Spindelmechanik 220 innerhalb eines Bauraumes 210 in einem Bauraumgehäuse 211, bestehend aus einem Rotor 240, einem Primärstator 250 mit einem Gewinde des Primärstators 252 mit der Steigung a, und einem Übersetzungsstator 260 mit einem Gewinde des Übersetzungsstators 262 mit der Steigung b, an ihrem Rotor 240 angetrieben. Der Rotor 240 ist in diesem Fall eine Spindel, die das Bauraumgehäuse 211 axial nach außen durchdringt und außerhalb des Bauraumgehäuses 211 angetrieben wird. Der Primärstator 250 ist an seiner Seite in Richtung des Abstützkörpers des Primärstators 212 durch eine Verdrehsicherung des Primärstators 214 zwischen dem nach außen verschiebbaren Abstützkörpers des Primärstators 212 gegen Verdrehung gesichert, und wird durch die Rotation des Rotors 240 gegenüber dem Rotor 240 axial verschoben.
Gleichzeitig wird der Übersetzungsstator 260 durch ein Bremselement 1 272 zwischen dem Rotor 240 und dem Übersetzungsstator 260 an einer Verdrehung gegenüber dem Rotor 240 gehindert. Das Bremselement 1 272 stützt sich radial an einem äußeren Umfang des Rotors 240 nach innen hin ab, und stützt sich über einen Freilauf 278 an seinem äußeren Umfang zum Übersetzungsstator 260 hin ab. Der Freilauf 278 ist derart ausgelegt, dass sie in Zuspannrichtung als Bremse wirkt, während sie in Löserichtung einen Freilauf darstellt. Freilauf 278 und Bremselement 1 272 werden durch ein Sicherungselement 274 am Übersetzungsstator 260 fixiert.
In diesem Betriebszustand arbeitet das System als einstufige Spindelmechanik, da lediglich der Primärstator 250 bei Rotation des Rotors 240 eine Axialbewegung gegenüber dem Rotor 240 erzeugt, während der Übersetzungsstator 260 durch das Bremselement 1 272 und der als Bremse wirkende Freilauf 278 an einer Drehung gegenüber dem Rotor 240 gehindert wird, und somit mit dem Rotor 240 dreht. Dies bewirkt eine relativ große Axialbewegung bezogen auf die Eingangsdrehzahl an der Spindelmechanik 220.
Der Primärstator 250 wird gemäß 4 durch einen geeigneten Kalottenverklemmschutz 222 daran gehindert, sich beim Lösen des Systems gegenüber dem Rotor 240 zu verklemmen.
Zuspannen mit Zuschaltung der Differentialspindelfunktion:
Die Spindelmechanik stützt sich auf der Seite des Übersetzungsstators 260 axial über eine federnd vorgespannte Lagerung 275 gegenüber dem Bauraumgehäuse 211 ab. Die federnd vorgespannte Lagerung 275 besteht aus einer axial wirkenden Flächenlagerung, die in einer radial umlaufenden Nut 279 im Übersetzungsstator Richtung Bauraumboden 213 angeordnet ist, und einer Vorspannfeder 277 in Form von Tellerfedern.
Die Vorspannung wird durch eine Komprimierung der Vorspannfeder 277 zusammen mit dem Axiallager 276, und der Fixierung mittels eines Sicherungselementes 264 erreicht. Das Axiallager 276 stützt sich in Richtung Bauraumboden 213 an einem dort angebrachten ringförmigen Bund ab.
Bei Rotation des Rotors 240 wird der Primärstator 250 gegen den auf seiner Seite des Systems befindlichen verschiebbaren Abstützkörper des Primärstators 212 axial verschoben. Dieser stützt sich gegen den federnde Last 216. Durch weitere Drehung des Rotors 240 wird der Abstützkörper des Primärstators 212 gegen den federnde Last 216 gedrückt. Damit entsteht eine rückwirkende Kraft 225 in Richtung der federnd vorgespannten Lagerung 275 des Übersetzungsstators 260.
Die mit der Vorspannkraft 271 beaufschlagte Vorspannfeder 277 der federnd vorgespannten Lagerung 275 wird bei Überschreitung der Vorspannkraft 271 komprimiert, und damit erfolgt eine Verschiebung des Rotors 240 mit dem darin fixierten Übersetzungsstator 260 in Richtung Bauraumboden 213. Bei weiter zunehmendem Kraftaufbau wird der Rotor 240 mit dem Übersetzungsstator 260 axial gegen ein Bodenbremselement 215 gedrückt, das zwischen dem Übersetzungsstator 260 und dem Bauraumboden 213 angeordnet ist. Die Reibwirkung dieses Bodenbremselementes 215 ist so dimensioniert, dass sie ab einer definierten Zuspannkraft eine Bremskraft erzeugt, die über der Bremskraft des Bremselementes 1 272 und der Gewindereibung der Spindelmechanik 220 liegt, die zwischen Rotor 240 und Übersetzungsstator 260 wirkt. Damit ist der Übersetzungsstator 260 gegenüber dem Bauraum 210 gegen Verdrehung fixiert. Ab diesem Funktionsübergang befindet sich das System der Spindelmechanik im Zustand einer Differentialspindel, weil sich der Rotor 240 nun gegenüber dem Primärstator 250 und dem Übersetzungsstator 260 dreht.
Durch die Abstützung des Übersetzungsstators 260 über das Bodenbremselement 215 am Bauraumboden 213 wird die Funktion der rotationstauglichen federnd vorgespannten Lagerung 275 überbrückt. Die federnd vorgespannte Lagerung 275 wird weiterhin mit der bis zu diesem Zeitpunkt aufgebauten Kraft belastet, wobei der zusätzliche Kraftaufbau vom Übersetzungsstator 260 direkt über das Bremselement auf den Bauraumboden 213 übertragen wird.
Lösen und Rücksetzen in den Ausgangszustand:
Zum Lösen des Systems wird die Drehrichtung des Rotors 240 und damit der Spindel umgekehrt. Die federnd vorgespannte Lagerung 275 ist zunächst noch in überbrücktem Zustand, der Übersetzungsstator 260 stützt sich weiterhin über das Bodenbremselement 215 am Bauraumboden 213 ab. Die Funktion der Differentialspindel mit ihrer Übersetzung ist nach wie vor aktiv, die Reibung am Bodenbremselement 215 ist größer als die Reibung im Gewinde des Übersetzungsstators 262 zwischen Übersetzungsstator 260 und Rotor 240. Bremselement 1 272 wird bei dieser Drehrichtung durch den Freilauf 278 überbrückt. Aus einer weiteren Drehung des Rotors 240 resultiert eine Verringerung der Zuspannkraft, die Bremswirkung des Bodenbremselementes 215 zwischen dem Übersetzungsstator 260 und dem Bauraumboden 213 wird aufgehoben. Die federnd vorgespannte Lagerung 175, die eine Drehung des Übersetzungsstators 260 ermöglicht, tritt somit wieder in Funktion. Das System verhält sich ab dem Zeitpunkt bezüglich seiner Getriebefunktion wieder wie eine einfache Spindelmechanik. Zur Gewährleistung einer dauerhaften Funktion des Systems muss der Übersetzungsstator 260 in jedem Betätigungszyklus wieder in seine Ausgangslage bezogen auf den Rotor 240 gebracht werden. Hierzu ist zwischen dem Übersetzungsstator 260 und dem Bauraumgehäuse 211 ein von der Zuspannkraft unabhängiges Bremselement 2 263 angeordnet, das ein Reibmoment erzeugt, und den Übersetzungsstator 260 gegenüber dem Rotor 240 abbremst. Gleichzeitig wird das Bremselement 1 272 zwischen dem Übersetzungsstator 260 und dem Rotor 240 durch die Freilauffunktion des Freilaufes 278 außer Kraft gesetzt bzw. die Reibwirkung von Bremselement 1 272 ausreichend überbrückt. Die Summe der Reibwirkung von Bremselement 2 und der federnd vorgespannten Lagerung 275 ist nun größer als die Summe der Reibung des Gewindes des Übersetzungsstators 262 zwischen Übersetzungsstator 260 und dem Rotor 240 und der Reibwirkung des Freilaufes 278. Der Rotor 240 dreht sich weiter und der durch das Bremselement 2 263 fixierte Übersetzungsstator 260 führt gegenüber dem Bauraumgehäuse 211 keine Drehung aus.
Hierdurch wird der Übersetzungsstator 260, der beim Zuspannen in Richtung des Primärstators 250 in den Rotor 240 eingezogen wurde, wieder aus dem Rotor 240 in seine Ausgangslage geführt. Um einen Austritt des Übersetzungsstators 260 aus dem Rotor 240 zu unterbinden, ist ein Axialanschlag 266 am Rotor 240 angebracht, der den axialen Stellweg des Übersetzungsstators 260 bei Erreichen der Ausgangslage bezogen auf den Rotor 240 begrenzt. Bei weiterem Lösen dreht sich der Übersetzungsstator 260 zusammen mit dem Rotor 240, somit ist nur noch der Primärstator 250 zur weiteren Reduzierung der Zuspannkraft wirksam.
Detaillierte Beschreibung einer praktischen Anwendung und deren Ausführungsform für ein Rotations-Translations-Getriebe mit angetriebener Spindel, Ball in Ramp Getriebe als Übersetzungsstator, und selbsttätig zuschaltender Übersetzung:
Die erfindungsgemäße Grundidee des Rotations-Translations-Getriebes als selbsttätig schaltendes System mit angetriebener Spindel und einem Ball in Ramp Getriebe als Übersetzungsstator ist in 5 dargestellt. Das Rotations-Translations-Getriebe ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kombination einer Spindelmechanik 320 mit einem Ball in Ramp Getriebe 345 realisiert.
Gemäß 5 wird eine beidseitig abgestützte Spindelmechanik 320 innerhalb eines Bauraumes 310 in einem Bauraumgehäuse 311, bestehend aus einem Rotor 340, einem Primärstator 350 mit einem Gewinde des Primärstators 352 mit der Steigung a, und einem Übersetzungsstator 360 mit drei Rampen 362 mit jeweils der Steigung b, an ihrem Rotor 340 angetrieben. Der Rotor 340 ist in diesem Fall eine Spindel, die das Bauraumgehäuse 311 axial nach außen durchdringt und außerhalb des Bauraumgehäuses 311 angetrieben wird. Der Primärstator 350 ist an seiner Seite in Richtung des Abstützkörpers des Primärstators 312 durch eine Verdrehsicherung des Primärstators 314 zwischen dem nach außen verschiebbaren Abstützkörpers des Primärstators 312 gegen Verdrehung gesichert, und wird durch die Rotation des Rotors 340 gegenüber dem Rotor 340 axial verschoben. Der Rotor 340 bildet mit dem Übersetzungsstator 360 ein Ball in Ramp Getriebe 345. Am Rotor 340 befindet sich eine kreisförmig angeordnete Laufbahn, auf der die Kugeln 361 des Ball in Ramp Getriebes 345 abrollen können. Auf der gegenüber liegenden Seite der Kreisbahn des Rotors 340 befinden sich am Übersetzungsstator 360 drei in den Übersetzungsstator 360 laufende Rampen 362. Auf diesen Kreisbahnen zwischen dem Rotor 340 und dem Übersetzungsstator 360 befinden sich drei Kugeln 361. Die Rampen 362 sind so ausgerichtet, dass die Kugeln 361 beim Zuspannen in den Übersetzungsstator 360 axial hineinlaufen. Die Kugeln 361 werden über den Übersetzungsstator 360 mittels einer Spannfeder des Ball in Ramp Getriebes 380, die vorzugsweise als Spiralfeder ausgeführt wird und auf den Übersetzungsstator 360 wirkt, gegen die Kugellaufbahnen am Rotor 340 gedrückt.
Der Übersetzungsstator 360 wird durch ein Bremselement 1 372 zwischen dem Rotor 340 und dem Übersetzungsstator 360 an einer Verdrehung gegenüber dem Rotor 340 gehindert, das Ball in Ramp Getriebe 345 ist somit außer Funktion. Das Bremselement 1 372 stützt sich radial an einem äußeren Umfang des Rotors 340 nach innen hin ab, und stützt sich über einen Freilauf 378 an seinem äußeren Umfang zum Übersetzungsstator 360 hin ab. Der Freilauf 378 ist derart ausgelegt, dass sie in Zuspannrichtung als Bremse wirkt, während sie in Löserichtung einen Freilauf darstellt. Freilauf 378 und Bremselement 1 372 werden durch ein Sicherungselement 374 am Übersetzungsstator 360 fixiert. In diesem Betriebszustand arbeitet das System als einstufige Spindelmechanik, da lediglich der Primärstator 350 bei Rotation des Rotors 340 eine Axialbewegung gegenüber dem Rotor 340 erzeugt, während der Übersetzungsstator 360 durch das Bremselement 1 372 und der als Bremse wirkende Freilauf 378 an einer Drehung gegenüber dem Rotor 340 gehindert wird, und somit mit dem Rotor 340 dreht. Dies bewirkt eine relativ große Axialbewegung bezogen auf die Eingangsdrehzahl an der Spindelmechanik 320.
Der Primärstator 350 wird gemäß 5 durch einen geeigneten Kalottenverklemmschutz 322 daran gehindert, sich beim Lösen des Systems gegenüber dem Rotor 340 zu verklemmen.
Zuspannen mit Zuschaltung der Differentialspindelfunktion:
Die Spindelmechanik 320 stützt sich auf der Seite des Übersetzungsstators 360 axial über eine federnd vorgespannte Lagerung 375 gegenüber dem Bauraumgehäuse 311 ab. Die federnd vorgespannte Lagerung 375 besteht aus einer axial wirkenden Flächenlagerung, die in einer radialen Nut im Übersetzungsstator 360 Richtung Bauraumboden 313 angeordnet ist, und einer Vorspannfeder 377 in Form von Tellerfedern. Die Vorspannung wird durch eine Komprimierung der Vorspannfeder 377 zusammen mit dem Axiallager 376, und der Fixierung mittels eines Sicherungselementes der Vorspannfeder 364 erreicht. Das Axiallager 376 stützt sich in Richtung des Bauraumbodens 313 an einem dort angebrachten ringförmigen Bund ab.
Bei Rotation des Rotors 340 wird der Primärstator 350 gegen den auf seiner Seite des Systems befindlichen verschiebbaren Abstützkörper des Primärstators 312 axial verschoben. Dieser stützt sich gegen eine federnde Last 316. Durch weitere Drehung des Rotors 340 wird der Abstützkörper des Primärstators 312 gegen die federnde Last 316 gedrückt. Damit entsteht eine rückwirkende Kraft 325 in Richtung der federnd vorgespannten Lagerung 375 des Übersetzungsstators 360.
Die mit der Vorspannkraft 371 beaufschlagte Vorspannfeder 377 der federnd vorgespannten Lagerung 375 wird bei Überschreitung der Vorspannkraft 371 komprimiert, und damit erfolgt eine Verschiebung des Rotors 340 mit dem darin fixierten Übersetzungsstator 360 in Richtung des Bauraumbodens 313. Bei weiter zunehmendem Kraftaufbau wird der Rotor 340 mit dem Übersetzungsstator 360 axial gegen ein Bodenbremselement 315 gedrückt, das zwischen dem Übersetzungsstator 360 und dem Bauraumboden 313 angeordnet ist. Die Reibwirkung dieses Bodenbremselementes 315 ist so dimensioniert, dass sie ab einer definierten Zuspannkraft eine Bremskraft erzeugt, die über der Bremskraft des Bremselementes 1 372 und der Reibung des Ball in Ramp Getriebe 345 liegt. Damit ist der Übersetzungsstator 360 gegenüber dem Bauraum 310 gegen Verdrehung fixiert. Ab diesem Funktionsübergang befindet sich das System der Spindelmechanik 320 im Zustand einer Differentialspindel, weil sich der Rotor 340 nun gegenüber dem Primärstator 350 und dem Übersetzungsstator 360 dreht. Das heißt, die Kugeln des Ball in Ramp Getriebes 345 bewegen sich über die im Übersetzungsstator 360 befindlichen Rampen axial in Richtung des Übersetzungsstators 360. Hiermit wird die axiale Rückwärtsbewegung des Rotors 340 entgegen der Bewegungsrichtung des Primärstators 350 erzeugt.
Durch die Abstützung des Übersetzungsstators 360 über das Bodenbremselement 315 am Bauraumboden 313 wird die Funktion der rotationstauglichen federnd vorgespannten Lagerung 375 überbrückt. Die federnd vorgespannte Lagerung 375 wird weiterhin mit der bis zu diesem Zeitpunkt aufgebauten Kraft belastet, wobei der zusätzliche Kraftaufbau vom Übersetzungsstator 360 direkt über das Bremselement auf den Bauraumboden 313 übertragen wird.
Lösen und Rücksetzen in den Ausgangszustand:
Zum Lösen des Systems wird die Drehrichtung des Rotors 340 und damit der Spindel umgekehrt. Die federnd vorgespannte Lagerung 375 ist zunächst noch in überbrücktem Zustand, der Übersetzungsstator 360 stützt sich weiterhin über das Bodenbremselement 315 am Bauraumboden 313 ab. Die Funktion der Differentialspindel mit ihrer Übersetzung ist nach wie vor aktiv, die Reibung am Bodenbremselement 315 ist größer als die Reibung des Ball in Ramp Getriebes 345. Das Bremselement 1 372 wird bei dieser Drehrichtung durch den Freilauf 378 überbrückt. Aus einer weiteren Drehung des Rotors 340 resultiert eine Verringerung der Zuspannkraft, die Bremswirkung des Bodenbremselementes 315 zwischen dem Übersetzungsstator 360 und dem Bauraumboden 313 wird aufgehoben. Die federnd vorgespannte Lagerung 375, die eine Drehung des Übersetzungsstators 360 ermöglicht, tritt somit wieder in Funktion. Das System verhält sich ab dem Zeitpunkt bezüglich seiner Getriebefunktion wieder wie eine einfache Spindelmechanik. Zur Gewährleistung einer dauerhaften Funktion des Systems muss der Übersetzungsstator 360 in jedem Betätigungszyklus wieder in seine Ausgangslage bezogen auf den Rotor 340 gebracht werden. Hierzu ist zwischen dem Übersetzungsstator 360 und dem Bauraumgehäuse 311 ein von der Zuspannkraft unabhängiges Bremselement 2 363 angeordnet, das ein Reibmoment erzeugt, und den Übersetzungsstator 360 gegenüber dem Rotor 340 abbremst. Gleichzeitig wird das Bremselement 1 372 zwischen dem Übersetzungsstator 360 und dem Rotor 340 durch die Freilauffunktion der Freilauf 378 außer Kraft gesetzt bzw. die Reibwirkung von Bremselement 1 372 ausreichend überbrückt. Die Summe der Reibwirkung von Bremselement 2 und der federnd vorgespannten Lagerung 375 ist nun größer als die Reibung des Ball in Ramp Getriebes 345 und der Reibwirkung des Freilaufes 378. Der Rotor 340 dreht sich weiter und der durch das Bremselement 2 363 fixierte Übersetzungsstator 360 führt gegenüber dem Bauraumgehäuse 311 keine Drehung aus.
Hierdurch werden die Kugeln 361, die sich bei Zuspannen in die Rampen 362 des Übersetzungsstators 360 eingedreht haben, wieder in ihre Ausgangslage zurück gedreht. Die Ausgangslage der Kugeln 361 bezogen auf den Übersetzungsstator 360 ist durch eine Drehwinkelbegrenzung 366 definiert. Die Drehwinkelbegrenzung 366 legt die Ausgangslage der einzelnen Kugeln 361 fest. Bei weiterem Lösen dreht sich der Übersetzungsstator 360 zusammen mit dem Rotor 340, somit ist nur noch der Primärstator 350 zur weiteren Reduzierung der Zuspannkraft wirksam.
Rotations-Translations-Getriebe mit angetriebener Spindel und extern gesteuertem Reibelement zur Steuerung des Übersetzungsstators:
Die erfindungsgemäße Grundidee des Rotations-Translations-Getriebes als extern geschaltetes System mit angetriebener Spindel ist in 6 dargestellt. Das Rotations-Translations-Getriebe ist in diesem Ausführungsbeispiel als Spindelmechanik 420 realisiert.
Gemäß 6 wird eine beidseitig abgestützte Spindelmechanik 420 innerhalb eines Bauraumes 410 in einem Bauraumgehäuse 411, bestehend aus einem Rotor 440, einem Primärstator 450 mit einem Gewinde des Primärstators 452 mit der Steigung a, und einem Übersetzungsstator 460 mit einem Gewinde des Übersetzungsstators 462 mit der Steigung b, an ihrem Rotor 440 angetrieben. Der Rotor 440 ist in diesem Fall eine Spindel, die das Bauraumgehäuse 411 axial nach außen durchdringt und außerhalb des Bauraumgehäuses 411 angetrieben wird. Der Primärstator 450 ist an seiner Seite in Richtung des Abstützkörpers des Primärstators 412 durch eine Verdrehsicherung des Primärstators 414 zwischen dem nach außen verschiebbaren Abstützkörper des Primärstators 412 gegen Verdrehung gesichert, und wird durch die Rotation des Rotors 440 gegenüber dem Rotor 440 axial verschoben.
Gleichzeitig wird der Übersetzungsstator 460 durch ein Bremselement 1 472 zwischen dem Rotor 440 und dem Übersetzungsstator 460 an einer Verdrehung gegenüber dem Rotor 440 gehindert. Das Bremselement 1 472 stützt sich radial an einem äußeren Umfang des Rotors 440 nach innen hin ab. In diesem Betriebszustand arbeitet das System als einstufige Spindelmechanik, da lediglich der Primärstator 450 bei Rotation des Rotors 440 eine Axialbewegung gegenüber dem Rotor 440 erzeugt, während der Übersetzungsstator 460 durch das Bremselement 1 472 an einer Drehung gegenüber dem Rotor 440 gehindert wird, und somit mit dem Rotor 440 dreht. Dies bewirkt eine relativ große Axialbewegung bezogen auf die Eingangsdrehzahl an der Spindelmechanik 420.
Zuspannen mit Zuschaltung der Differentialspindelfunktion:
Die Spindelmechanik stützt sich auf der Seite des Übersetzungsstators 460 axial über ein Axiallager 486 gegenüber dem Bauraumgehäuse 411 ab. Das Axiallager 486 besteht aus einer axial wirkenden Flächenlagerung, die zwischen dem Übersetzungsstator 460 und dem Bauraumboden 413 angeordnet ist.
Bei Rotation des Rotors 440 wird der Primärstator 450 gegen den auf seiner Seite des Systems befindlichen verschiebbaren Abstützkörper des Primärstators 412 axial verschoben. Dieser stützt sich gegen die federnde Last 416. Durch weitere Drehung des Rotors 440 wird der Abstützkörper des Primärstators 412 gegen die federnde Last 416 gedrückt. Damit entsteht eine rückwirkende Kraft 425 in Richtung des Axiallagers 486.
Bei weiter zunehmendem Kraftaufbau wird der Übersetzungsstator 460 durch das Bremselement 2 463 mittels eines schaltbaren Bauelements 488, das eine Kraft auf Bremselement 2 463 ausübt, gebremst. Das Zuschalten des schaltbaren Bauelementes 488 erfolgt durch eine externe Steuerung, die auf einen vorgegebenen Zustand des Systems reagiert. Diese Steuerung ist nicht Bestandteil der Patentanmeldung.
Die Reibwirkung des Bremselementes 2 463 ist so dimensioniert, dass es im Zusammenspiel mit dem schaltbaren Bauelement 488 den Übersetzungsstator 460 in jedem Betriebszustand an seiner Drehung hindern kann.
Wird der Übersetzungsstator 460 durch das Bremselement 2 463 gegenüber dem Bauraum 410 gegen Verdrehung fixiert, befindet sich das System der Spindelmechanik ab diesem Funktionsübergang im Zustand einer Differentialspindel, weil sich der Rotor 440 nun gegenüber dem Primärstator 450 und dem Übersetzungsstator 460 dreht. Die Abstützung des Übersetzungsstators 460 erfolgt weiterhin über das Axiallager 486, das über den gesamten Kraftbereich die Axialkraft auf der Seite des Übersetzungsstators 460 trägt.
Lösen und Rücksetzen in den Ausgangszustand:
Zum Lösen des Systems wird die Drehrichtung des Rotors 440 und damit der Spindel umgekehrt. Der Übersetzungsstator 460 wird weiterhin über das Bremselement 2 463 an seinem Umfang an einer Drehung gehindert. Bremselement 2 463 wird durch das schaltbare Bauelement 488 von außen gesteuert. Die Funktion der Differentialspindel mit ihrer Übersetzung ist nach wie vor aktiv, die Reibung am Bremselement 2 463 ist größer als die Reibung im Gewinde des Übersetzungsstators 462 zwischen Übersetzungsstator 460 und Rotor 440 und der Reibung von Bremselement 1 472.
Zur Gewährleistung einer dauerhaften Funktion des Systems muss der Übersetzungsstator 460 bei jedem Betätigungszyklus wieder in seine Ausgangslage bezogen auf den Rotor 440 gebracht werden. Hierzu ist es erforderlich, den Übersetzungsstator 460 mittels des Bremselementes 2 463 an seiner Drehung zu hindern, bis er seine Ausgangslage gegenüber dem Rotor 440 erreicht hat. Die Ausgangslage des Übersetzungsstators 460 ist durch einen Axialanschlag des Übersetzungsstators 466, der am Rotor 440 angebracht ist, definiert. Erreicht der Übersetzungsstator 460 beim Lösen diesen Axialanschlag des Übersetzungsstators 466, so ist die Ausgangslage hergestellt, und Bremselement 2 463 kann vollständig über die Steuerung und durch das schaltbare Bauelement 488 gelöst werden.
Das System verhält sich ab dem Zeitpunkt bezüglich seiner Getriebefunktion wieder wie eine einfache Spindelmechanik.
Rotations-Translations-Getriebe mit angetriebener Spindelmutter und beidseitig offenem Bauraum:
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung nach 7 wird die Spindelmutter angetrieben und bildet den Rotor 540 der Spindelmechanik. Dieser rotiert um den Primärstator 550, wodurch der Primärstator 550, welche im Abstützkörper des Primärstators 512 gegen Drehung gesichert ist, axial gegenüber dem Rotor 540 verschoben wird. Der Antrieb des Rotors 540 erfolgt seitlich über eine Antriebswelle 545.
Detaillierte Beschreibung einer praktischen Anwendung und deren Ausführungsform für ein Rotations-Translations-Getriebe mit angetriebener Spindelmutter und selbsttätig zuschaltender Übersetzung und beidseitig offenem Bauraum:
Eine beidseitig abgestützte Spindelmechanik 520 innerhalb eines Bauraumes 510 in einem Bauraumgehäuse 511, bestehend aus einem Rotor 540, einem Primärstator 550 mit einem Gewinde des Primärstators 552 mit der Steigung a, und einem Übersetzungsstator 560 mit einem Gewinde des Übersetzungsstators 562 mit der Steigung b, wird an ihrem Rotor 540 angetrieben. Der Rotor 540 wird hierfür an einer an seinem Umfang angebrachten Verzahnung des Rotors 544 mittels einer Antriebswelle 545 angetrieben, wobei diese Antriebswelle 545 mit ihrer Schneckenverzahnung 546 in die Verzahnung des Rotors 544 des Rotors 540 eingreift.
Der Primärstator 550 ist an seiner Seite in Richtung des Abstützkörpers des Primärstators 512 durch eine Verdrehsicherung des Primärstators 514 zwischen dem nach außen verschiebbaren Abstützkörpers des Primärstators 512 gegen Verdrehung gesichert, und wird durch die Rotation des Rotors 540 gegenüber dem Rotor 540 axial verschoben. Gleichzeitig wird der Übersetzungsstator 560 durch ein Bremselement 1 572 zwischen dem Rotor 540 und dem Übersetzungsstator 560 an einer Verdrehung gegenüber dem Rotor 540 gehindert. Das Bremselement 1 572 stützt sich radial an einem inneren Umfang des Rotors 540 nach außen hin ab, und stützt sich über einen Freilauf 578 an seinem inneren Umfang zum Übersetzungsstator 560 hin ab. Die Freilauf 578 ist derart ausgelegt, dass sie in Zuspannrichtung als Bremse wirkt, während sie in Löserichtung einen Freilauf darstellt. Freilauf 578 und Bremselement 1 572 werden durch ein Freilauf Sicherungselement 574 am Übersetzungsstator 560 fixiert.
Die Spindelmechanik stützt sich auf der Seite des Übersetzungsstators 560 axial über eine federnd vorgespannte Lagerung 575 gegenüber dem Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 ab. Der Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 ist gegenüber dem Bauraumgehäuse 511 axial verschiebbar und wirkt auf die federnde Last des Übersetzungsstators 517.
In diesem Betriebszustand arbeitet das System als einstufige Spindelmechanik, da lediglich der Primärstator 550 bei Rotation des Rotors 540 eine Axialbewegung gegenüber dem Rotor 540 erzeugt, während der Übersetzungsstator 560 durch das Bremselement 1 572 und der als Bremse wirkende Freilauf 578 an einer Drehung gegenüber dem Rotor 540 gehindert wird, und somit mit dem Rotor 540 dreht. Dies bewirkt eine relativ große Axialbewegung bezogen auf die Eingangsdrehzahl an der Spindelmechanik 520.
Der Primärstator 550 wird gemäß 7 durch einen geeigneten Kalottenverklemmschutz 522 daran gehindert, sich beim Lösen des Systems gegenüber dem Rotor 540 oder dem Übersetzungsstator 560 zu verklemmen.
Zuspannen mit Zuschaltung der Differentialspindelfunktion:
Die federnd vorgespannte Lagerung 575 besteht aus einem am Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 angeformten Kalottenlager 565, das gegen eine Kugel 576 anläuft. Die Kugel 576 stützt sich gegen eine Vorspannfeder 577 ab. Eine Lagerbohrung 579, vorzugsweise im Übersetzungsstator 560, nimmt die Kugel 576 und die Vorspannfeder 577 auf, ein Freilauf Sicherungselement 574 im Übersetzungsstator 560 spannt die Kugel 576 gegen die Vorspannfeder 577, so dass eine definierte Vorspannkraft 571 erreicht wird. Das Sicherungselement 564 verhindert gleichzeitig ein Herausfallen der Kugel 576 und der Vorspannfeder 577. Alternativ hierzu kann die federnd vorgespannten Lagerung in einer Bohrung im Bauraumboden vorgesehen werden.
Bei Rotation des Rotors 540 wird der Primärstator 550 gegen den auf seiner Seite des Systems befindlichen verschiebbaren Abstützkörper des Primärstators 512 axial verschoben. Dieser stützt sich gegen die federnde Last des Primärstators 516. Auf der gegenüber liegenden Seite wirkt der Übersetzungsstator 560 gegen den Abstützkörper des Übersetzungsstators 513, der sich gegen die federnde Last des Übersetzungsstators 517 abstützt.
Durch weitere Drehung des Rotors 540 wird der Abstützkörper des Primärstators 512 gegen die federnde Last des Primärstators 516 gedrückt, und gleichzeitig der Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 gegen die federnde Last des Übersetzungsstators 517 gedrückt.
Damit entsteht eine rückwirkende Kraft 525 in Richtung der federnd vorgespannten Lagerung 575 des Übersetzungsstators 560.
Die mit der Vorspannkraft 571 beaufschlagte Vorspannfeder 577 der federnd vorgespannten Lagerung 575 wird bei Überschreitung der Vorspannkraft 571 komprimiert, und damit erfolgt eine Verschiebung des Rotors 540 mit dem darin fixierten Übersetzungsstator 160 in Richtung des Abstützkörpers des Übersetzungsstators 513. Bei weiter zunehmendem Kraftaufbau wird der Rotor 540 mit dem Übersetzungsstator 560 axial gegen ein Bodenbremselement 515 gedrückt, das zwischen dem Übersetzungsstator 560 und dem Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 angeordnet ist. Die Reibwirkung dieses Bodenbremselementes 515 ist so dimensioniert, dass sie ab einer definierten Zuspannkraft eine Bremskraft erzeugt, die über der Bremskraft des Bremselementes 1 572 und der Gewindereibung der Spindelmechanik 520 liegt, die zwischen Rotor 540 und Übersetzungsstator 560 wirkt. Damit ist der Übersetzungsstator 560 gegenüber dem Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 gegen Verdrehung fixiert. Ab diesem Funktionsübergang befindet sich das System der Spindelmechanik im Zustand einer Differentialspindel, weil sich der Rotor 540 nun gegenüber dem Primärstator 550 und dem Übersetzungsstator 560 dreht. Durch die Abstützung des Übersetzungsstators 560 über das Bodenbremselement 515 am Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 wird die Funktion der rotationstauglichen federnd vorgespannten Lagerung 575 überbrückt. Die federnd vorgespannte Lagerung 575 wird weiterhin mit der bis zu diesem Zeitpunkt aufgebauten Kraft belastet, wobei der zusätzliche Kraftaufbau vom Übersetzungsstator 560 direkt über das Bremselement auf den Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 übertragen wird.
Lösen und Rücksetzen in den Ausgangszustand:
Zum Lösen des Systems wird die Drehrichtung der Antriebswelle 545 und damit die Drehrichtung des Rotors 540 umgekehrt. Die federnd vorgespannte Lagerung 575 ist zunächst noch in überbrücktem Zustand, der Übersetzungsstator 560 stützt sich weiterhin über das Bodenbremselement 515 am Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 ab. Die Funktion der Differentialspindel mit ihrer Übersetzung ist nach wie vor aktiv, die Reibung am Bodenbremselement 515 ist größer als die Reibung im Gewinde des Übersetzungsstators 562 zwischen Übersetzungsstator 560 und Rotor 540. Bremselement 1 572 wird bei dieser Drehrichtung durch den Freilauf 578 überbrückt. Aus einer weiteren Drehung des Rotors 540 resultiert eine Verringerung der Zuspannkraft, die Bremswirkung zwischen dem Übersetzungsstator 560 und dem Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 wird aufgehoben. Die federnd vorgespannte Lagerung 575, die eine Drehung des Übersetzungsstators 560 ermöglicht, tritt somit wieder in Funktion. Das System verhält sich ab dem Zeitpunkt bezüglich seiner Getriebefunktion wieder wie eine einfache Spindelmechanik. Zur Gewährleistung einer dauerhaften Funktion des Systems muss der Übersetzungsstator 560 in jedem Betätigungszyklus wieder in seine Ausgangslage bezogen auf den Rotor 540 gebracht werden. Hierzu ist zwischen dem Übersetzungsstator 560 und dem Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 ein von der Zuspannkraft unabhängiges Bremselement 2 563 angeordnet, das ein Reibmoment erzeugt, und den Übersetzungsstator 560 gegenüber dem Rotor 540 abbremst. Gleichzeitig wird das Bremselement 1 572 zwischen dem Übersetzungsstator 560 und dem Rotor 540 durch die Freilauffunktion des Freilaufes 578 außer Kraft gesetzt bzw. die Reibwirkung von Bremselement 1 572 ausreichend überbrückt. Die Summe der Reibwirkung von Bremselement 2 und der federnd vorgespannten Lagerung 575 ist nun größer als die Summe der Reibung des Gewindes des Übersetzungsstators 562 zwischen Übersetzungsstator 560 und dem Rotor 540 und der Reibwirkung des Freilaufes 578. Der Rotor 540 dreht sich durch den Antrieb der Antriebswelle 545 weiter und der durch das Bremselement 2 563 fixierte Übersetzungsstator 560 führt gegenüber dem Abstützkörper des Übersetzungsstators 513 keine Drehung aus. Hierdurch wird der Übersetzungsstator 560, der beim Zuspannen in Richtung des Primärstators 550 in den Rotor 540 eingezogen wurde, wieder aus dem Rotor 540 in seine Ausgangslage geführt. Um einen Austritt des Übersetzungsstators 560 aus dem Rotor 540 zu unterbinden, ist ein Axialanschlag 566 am Rotor 540 angebracht, der den axialen Stellweg des Übersetzungsstators 560 bei Erreichen der Ausgangslage bezogen auf den Rotor 540 begrenzt. Bei weiterem Lösen dreht sich der Übersetzungsstator 560 zusammen mit dem Rotor 540, somit ist nur noch der Primärstator 550 zur weiteren Reduzierung der Zuspannkraft wirksam.
Steuerungs- und Überwachungsfunktionen bei selbsttätig schaltendem System:
In 8 werden die durch das System erzeugten Veränderungen der Spannkräfte beim Zuspannen über der Zeitachse dargestellt.
Knickpunkt 1 610 ergibt sich durch die Initialkraft, ab der die Komprimierung der federnd vorgespannten Lagerung beginnt. Knickpunkt 2 612 wird erreicht, sobald die Reibkraft zwischen dem Übersetzungsstator und dem Bauraumboden einsetzt. Knickpunkt 3 614 ergibt sich, sobald die Zuschaltkraft erreicht wird. Der Übersetzungsstator wird ab diesem Zeitpunkt an einer Drehung gegenüber dem Bauraum gehindert. Die für das System erforderliche Zuspannkraft 616 verläuft parallel zur Zeitachse. Der Stromverlauf eines Antriebsmotors verläuft prinzipiell analog zu der dargestellten Kennlinie und kann zur Überwachung und gegebenenfalls zur Steuerung des Systems verwendet werden.
Steuerungs- und Überwachungsfunktionen bei extern geschaltetem System: In 9 werden die durch das System erzeugten Veränderungen der Spannkräfte beim Zuspannen über der Zeitachse mit extern geschaltetem Bauelement dargestellt.
Hier wird lediglich ein Knickpunkt 714 erzeugt, da nur die Zuschaltung des geschalteten Bauelementes auf die Kennlinie wirkt. Es gibt lediglich eine Änderung des Betriebszustandes. Die für das System erforderliche Zuspannkraft 716 verläuft parallel zur Zeitachse. Der Stromverlauf eines Antriebsmotors verläuft prinzipiell analog zu der dargestellten Kennlinie und kann zur Überwachung und gegebenenfalls zur Steuerung des Systems verwendet werden.
Wie bereits oben ausgeführt, bezieht sich der beschreibende Teil wegen der besseren Übersicht auf lediglich eine Ausführungsform des Rotations-Translations-Getriebes, hier der Spindelmechanik. In den Patentansprüchen wird auf die zu Grunde liegenden Zeichnungen mit dieser Ausführungsform verwiesen. Es wird jedoch ausdrücklich vorausgesetzt, dass sich die Patentansprüche der Erfindung auf den Überbegriff des Rotations-Translations-Getriebes beziehen.
Liste der Zeichnungen:
1 Prinzip der Differentialspindel
2a Schaltbare Differentialspindel Spindelfunktion
2b Schaltbare Differentialspindel Differentialspindelfunktion
3 Spindelmutter als Rotor
4 Spindel als Rotor
5 Spindel als Rotor mit Ball in Ramp Getriebe als Übersetzungsstator
6 Spindel als Rotor mit gesteuertem Reibelement
7 Spindelmutter als Rotor und beidseitig offenem Bauraum
8 Diagramm Spannkraft selbsttätig schaltendes System
9 Diagramm Spannkraft extern geschaltetes System
Bezugszeichenliste
Fig. 1 Prinzip der Differentialspindel:

010: Rotor
011: Primärstator
012: Übersetzungsstator
013: Federnde Last
014: Gewindesteigung a
015: Gewindesteigung b
016: Abstützung
017: Stellweg L1 Primärstator
018: Stellweg L2 Übersetzungsstator
019: Gesamtstellweg L3

050: Rotor
051: Primärstator
052: Übersetzungsstator
053: Federnde Last
054: Gewindesteigung a
055: Gewindesteigung b
056: Abstützung
057: Lagergehäuse
060: Stellweg einfache Spindelfunktion
062: Differentialstellweg des Primärstators
064: Differentialstellweg des Übersetzungsstators
066: Stellweg Differentialspindelfunktion
070: Lagerung Übersetzungsstator
071: Rotorbolzen
072: Lagergehäusebolzen
073: Löserichtung
074: Arretierungsrichtung

110: Bauraum
111: Bauraumgehäuse
112: Abstützkörpers des Primärstators
113: Bauraumboden
114: Verdrehsicherung des Primärstators
115: Bodenbremselement
116: Federnde Last
118: Spannkraft
120: Spindelmechanik
122: Kalottenverklemmschutz
125: Rückwirkende Kraft
140: Rotor
144: Verzahnung des Rotors
145: Antriebswelle
146: Schneckenverzahnung
150: Primärstator
152: Gewinde Primärstator
160: Übersetzungsstator
162: Gewinde des Übersetzungsstators
163: Bremselement 2
164: Sicherungselement
165: Kalottenlager
166: Axialanschlag
171: Vorspannkraft
172: Bremselement 1
174: Freilauf Sicherungselement
175: Federnd vorgespannte Lagerung
176: Kugel
177: Vorspannfeder
178: Freilauf
179: Lagerbohrung

211: Bauraumgehäuse
212: Abstützkörpers des Primärstators
213: Bauraumboden
214: Verdrehsicherung des Primärstators
215: Bodenbremselement
216: Federnde Last
218: Spannkraft
220: Spindelmechanik
222: Kalottenverklemmschutz
225: Rückwirkende Kraft
240: Rotor
250: Primärstator
252: Gewinde Primärstator
260: Übersetzungsstator
262: Gewinde des Übersetzungsstators
263: Bremselement 2
264: Sicherungselement
266: Axialanschlag
271: Vorspannkraft
272: Bremselement 1
274: Sicherungselement
275: Federnd vorgespannte Lagerung
276: Axiallager
277: Vorspannfeder
278: Freilauf
279: Radiale umlaufende Nut

310: Bauraum
311: Bauraumgehäuse
312: Abstützkörper Primärstator
313: Bauraumboden
314: Verdrehsicherung des Primärstators
315: Bodenbremselement
316: Federnde Last
318: Spannkraft
320: Spindelmechanik
322: Kalottenverklemmschutz
325: Rückwirkende Kraft
340: Rotor
345: Ball in Ramp Getriebe
350: Primärstator
352: Gewinde des Primärstators
360: Übersetzungsstator
361: Kugel
362: Rampen
363: Bremselement 2
364: Sicherungselement Vorspannfeder
366: Drehwinkelbegrenzung
371: Vorspannkraft
372: Bremselement 1
374: Sicherungselement
375: Federnd vorgespannte Lagerung
376: Axiallager
377: Vorspannfeder
378: Freilauf
380: Spannfeder Ball in Ramp Getriebe
382: Sicherungselement Ball in Ramp Getriebe

410: Bauraum
411: Bauraumgehäuse
412: Abstützkörper Primärstator
413: Bauraumboden
414: Verdrehsicherung des Primärstators
416: Federnde Last
418: Spannkraft
420: Spindelmechanik
422: Kalottenverklemmschutz
425: Rückwirkende Kraft
440: Rotor
450: Primärstator
452: Gewinde Primärstator
460: Übersetzungsstator
462: Gewinde Übersetzungsstator
463: Bremselement 2
466: Axialanschlag Übersetzungsstator
472: Bremselement 1
486: Axiallager
488: Schaltbares Bauelement

510: Bauraum
511: Bauraumgehäuse
512: Abstützkörpers des Primärstators
513: Abstützkörper des Übersetzungsstators
514: Verdrehsicherung des Primärstators
515: Bodenbremselement
516: Federnde Last Primärstator
517: Federnde Last Übersetzungsstators
518: Spannkraft
520: Spindelmechanik
522: Kalottenverklemmschutz
525: Rückwirkende Kraft
540: Rotor
544: Verzahnung des Rotors
545: Antriebswelle
546: Schneckenverzahnung
550: Primärstator
552: Gewinde Primärstator
560: Übersetzungsstator
562: Gewinde des Übersetzungsstators
563: Bremselement 2
564: Sicherungselement
565: Kalottenlager
566: Axialanschlag
571: Vorspannkraft
572: Bremselement 1
574: Freilauf Sicherungselement
575: Federnd vorgespannte Lagerung
576: Kugel
577: Vorspannfeder
578: Freilauf
579: Lagerbohrung

610: Knickpunkt 1
612: Knickpunkt 2
614: Knickpunkt 3
616: Erforderliche Zuspannkraft

714: Knickpunkt
716: Erforderliche Zuspannkraft

Claims

Rotations-Translations-Getriebe zur Umsetzung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, bestehend aus einem drehangetriebenen Rotor (140, 240, 340, 440, 540), einem Primärstator (150, 250, 350, 450, 550) und einem Übersetzungsstator (160, 260, 360, 460, 560) mit gleicher Gewinderichtung und unterschiedlicher Gewindesteigung, in einem axial einseitig oder beidseitig offenen Bauraumgehäuse (111, 211, 311, 411, 511), wobei sich der Primärstator (150, 250, 350, 450, 550) bei Rotation des Rotors (140, 240, 340, 440, 540) axial gegenüber dem Rotor (140, 240, 340, 440, 540) verschiebt, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Übersetzungsstator (160) mit der geringeren Gewindesteigung (162) ausgeführt ist und durch ein Bremselement (172) zwischen dem Übersetzungsstator (160) und dem Rotor (140) an einer Drehung gegenüber dem Rotor (140) gehindert werden kann und in diesem Betriebszustand mit dem Rotor (140) mitdreht; b) der Übersetzungsstator (160) bezüglich seiner Dreh-Fixierung gegenüber dem Bauraumgehäuse (111) separat gesteuert wird; c) diese Steuerung durch innerhalb des Rotations-Translations-Getriebes integrierte Bauelemente oder durch extern schaltbare Bauelemente (488) erfolgen kann; d) der Übersetzungsstator (160, 460) beim Lösen und Rücksetzen in den Ausgangszustand gegenüber dem Rotor (140, 440) in seinen Ausgangszustand versetzt wird, indem das Bremselement (172) zwischen dem Rotor (140) und dem Übersetzungsstator (160) durch einen Freilauf (178) überbrückt wird, während ein Bremselement (172) zwischen dem Übersetzungsstator (160) und dem Bauraumgehäuse (111) den Übersetzungsstator (160) an seiner Drehung hindert, oder die Wirkung eines von außen gesteuerten auf den Übersetzungsstator (460) wirkenden Bremselementes (463) größer ist als die Bremswirkung des Bremselementes (472) zwischen dem Rotor (440) und dem Übersetzungsstator (460), bis der Übersetzungsstator (160, 460) seinen Ausgangszustand gegenüber dem Rotor (140, 440) erreicht hat.
Getriebe gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Rotor (140) eine Spindelmutter ist, die an ihrem Umfang drehangetrieben wird; b) der Übersetzungsstator (160) eine federnd vorgespannte Lagerung (175) in einer Lagerbohrung (179) in Richtung Bauraumboden (113) besitzt, die eine Drehung des Übersetzungsstators (160) zulässt; c) diese federnd vorgespannte Lagerung (175) durch eine Vorspannfeder (177) vorgespannt ist, die bei Erreichen der Initialkraft komprimiert wird; d) der Rotor (140) sich durch die Kompression der Vorspannfeder (177) der federnd vorgespannten Lagerung (175) axial in Richtung Bauraumboden (113) verschiebt; e) ein Bremssystem im Kraftfluss zwischen dem Bauraumgehäuse (111) und dem Übersetzungsstator (160) in axialer Richtung angeordnet ist, das eine kraftabhängige Bremswirkung zwischen diesen beiden Komponenten erzeugt; f) der Übersetzungsstator (160) ab einer definierten Zuschaltkraft so stark gegen ein Bremssystem am Bauraumboden (113) gedrückt wird, dass die dadurch entstehende Reibung den Übersetzungsstator (160) an einer Drehung gegenüber dem Bauraumgehäuse (111) hindert; g) zwischen dem Übersetzungsstator (160) und dem Bauraumgehäuse (111) ein radial wirkendes Bremselement 2 (163) angeordnet ist, das unabhängig von der Spannkraft (118) wirksam ist, und den Übersetzungsstator (160) beim Lösen des Systems bis zur Erreichung der Ausgangslage, bezogen auf den Rotor (140), an einer Drehung gegenüber dem Bauraumgehäuse (111) hindert; h) ein Freilauf (178) beim Lösen die Bremswirkung des radial wirkenden Bremselementes 1 (172) zwischen Rotor (140) und Übersetzungsstator (160) überbrückt, oder ein Freilauf beim Zuspannen die Bremswirkung des radial wirkenden Bremselementes 2 (163) zwischen Übersetzungsstator (160) und dem Bauraumgehäuse (111) überbrückt; i) zwischen dem Übersetzungsstator (160) und dem Rotor (140) ein Axialanschlag (166) angeordnet ist, wodurch die Axialbewegung des Übersetzungsstators (160) gegenüber dem Rotor (140) beim Lösen begrenzt ist.
Getriebe gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Bauraumgehäuse (511) in axialer Richtung beidseitig offen gestaltet ist; b) der Übersetzungsstator (560) direkt oder indirekt gegen einen verschiebbaren Abstützkörper (513) wirkt; c) die Spindelmechanik (520) axial schwimmend gegenüber dem Bauraumgehäuse (511) gelagert ist.
Getriebe gemäß Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine federnd vorgespannte Lagerung (175, 275, 375, 575) im Bauraumboden (113, 213, 313, 413) oder im verschiebbaren Abstützkörper des Übersetzungsstators (513) angeordnet ist, axial in Richtung des Übersetzungsstators (160, 260, 360, 460, 560) wirkt, und eine Drehung des Übersetzungsstators (160, 260, 360, 460, 560) zulässt.
Getriebe gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Rotor (240) eine Spindel ist, die außerhalb oder innerhalb des Bauraumgehäuses (211) angetrieben wird; b) der Übersetzungsstator (260) eine federnd vorgespannte Lagerung (275) in Richtung Bauraumboden (213) besitzt, die eine Drehung des Übersetzungsstators (260) zulässt; c) diese federnd vorgespannte Lagerung (275) durch eine Vorspannfeder (277) vorgespannt ist, das bei Erreichen der Initialkraft komprimiert wird; d) der Rotor (240) sich durch die Kompression der Vorspannfeder (277) der federnd vorgespannten Lagerung (275) axial in Richtung Bauraumboden (213) verschiebt; e) ein Bremssystem im Kraftfluss zwischen dem Bauraumgehäuse (211) und dem Übersetzungsstator (260) in axialer Richtung angeordnet ist, das eine kraftabhängige Bremswirkung zwischen diesen beiden Komponenten erzeugt; f) der Übersetzungsstator (260) ab einer definierten Zuschaltkraft so stark gegen ein Bremssystem am Bauraumboden (213) gedrückt wird, dass die dadurch entstehende Reibung den Übersetzungsstator (260) an einer Drehung gegenüber dem Bauraumgehäuse (211) hindert; g) zwischen dem Übersetzungsstator (260) und dem Bauraumgehäuse (211) ein radial wirkendes Bremselement 2 (263) angeordnet ist, das unabhängig von der Spannkraft (218) wirksam ist, und den Übersetzungsstator (260) beim Lösen des Systems bis zur Erreichung der Ausgangslage, bezogen auf den Rotor (240), an einer Drehung gegenüber dem Bauraumgehäuse (211) hindert; h) ein Freilauf (278) beim Lösen die Bremswirkung des radial wirkenden Bremselementes 1 (272) zwischen Rotor (240) und Übersetzungsstator (260) überbrückt, oder ein Freilauf beim Zuspannen die Bremswirkung des radial wirkenden Bremselementes 2 (263) zwischen Übersetzungsstator (260) und dem Bauraumgehäuse (211) überbrückt; i) zwischen dem Übersetzungsstator (260) und dem Rotor (240) ein Axialanschlag (266) angeordnet ist, wodurch die Axialbewegung des Übersetzungsstators (260) gegenüber dem Rotor (240) beim Lösen begrenzt ist.
Getriebe gemäß der Patentansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Übersetzungsstator als Ball in Ramp Getriebe (345) ausgeführt ist; b) eine Drehwinkelbegrenzung (366) den Weg der Kugeln (361) des Ball in Ramp Getriebes (345) beim Lösen begrenzt; c) das Ball in Ramp Getriebe (345) die Funktion des Axiallagers in Richtung Bauraumboden (313) übernimmt.
Getriebe gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation des Übersetzungsstators (460) gegenüber dem Rotor (440) durch ein hydraulisch oder elektromechanisch gesteuertes Element beeinflusst wird.
Getriebe gemäß Patentanspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gewinde zwischen dem Rotor (140, 240, 340, 440, 540) und einem der beiden Statoren als Kugelumlaufgewinde ausgeführt ist.
Getriebe gemäß Patentanspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass a) bei Antrieb des Systems durch einen Elektromotor oder einen Hydraulikantrieb die Erkennung und Auswertung der systembedingten Knickpunkte (610, 612, 614) eine Aussage bezüglich des Betriebszustandes ermöglicht; b) die Erkennung des Betriebszustandes zu einer Überwachung und zu einer Steuerung des Systems verwendet werden kann.