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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehhebelaktor zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere einer Flaschenzugkupplung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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In der älteren Patentanmeldung
DE 10 2012 214 037 ist eine Reibungskupplung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die eine Gegenplatte aufweist, auf der ein Differentialflaschenzug gelagert ist. Der Differentialflaschenzug umfasst eine erste Seiltrommel und eine zweite Seiltrommel, die beide von einem seilförmigen Zugmittel jeweils umschlungen sind. Die erste Seiltrommel weist im Bereich des umschlungenen Zuges einen größeren Durchmesser auf als die zweite Seiltrommel im Bereich des umschlungenen Zugmittels. Das Zugmittel wird mit der Hilfe von beispielsweise drei in der Umfangsrichtung um ca. 120° zueinander versetzte Rollen geführt, die in radialer Richtung bewegbar jeweils in einem in der Gegenplatte ausgebildeten Führung geführt sind. Zum Schließen der Reibungskupplung wickelt sich das Zugmittel auf die erste Seiltrommel auf und von der zweiten Seiltrommel ab. Dabei verkürzt sich aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser der Seiltrommeln die Weglänge des zwischen der ersten Seiltrommel und der zweiten Seiltrommel an den Umlenkrollen entlang verlaufenden Zugmittels, wobei die Umlenkrollen entgegen einer Federkraft radial nach innen gezogen werden. Die Umlenkrollen sind mit einem weiteren Zugmittel verbunden, das über Richtungsrollen in der Umfangsrichtung umgelenkt wird. Das weitere Zugmittel kann bei der Bewegung der Umlenkrollen von der geöffneten Position in die geschlossene Position eine Zugkraft in einem Faktorenflaschenzug einleiten, der Rollen umfasst, die abwechselnd mit der Gegenplatte und der Anpressplatte an deren radial nach außen weisenden Rand verbunden sind. Das von der Umlenkrolle wegweisende Ende des weiteren Zugmittels ist mit dem Aktor verbunden und zeichnet sich durch eine sehr geringe aufzubringende Betätigungskraft aus.
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Weiter ist ein Hebelaktor zur Betätigung einer Einfach- und einer Doppelkupplung bekannt, der radial im Getriebegehäuse angebracht ist und eine einstellbare Kompensation zwischen einer Feder und der Kupplung bewirkt. Im Stand der Technik sind mechanische Zentralausrücker bekannt, die konzentrisch um die Getriebeeingangswellen angeordnet sind. In der Regel sind dies weggesteuerte Kupplungssysteme.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungsaktoren sind nur unter erhöhtem technischem Aufwand in drehbare Kupplungen verbaubar. Bekannte Hebelaktoren sind bislang technisch nur mit mechanischen Zentralausrückern kombinierbar und nicht mit diesen zusammen in drehenden Kupplungen zu vereinigen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drehhebelaktor der zuvor genannten Art zur Betätigung einer Flaschenzugkupplung zu schaffen, der äußerst kompakt aufgebaut ist, so dass er in die drehende Kupplung verbaut werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Drehhebelaktor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Im Folgenden wird der Drehhebelaktor als Aktor bezeichnet.
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Die Erfindung umfasst einen Aktor zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere einer Flaschenzugkupplung mit einem sternförmigem Bauteil, das wenigstens einen Arm aufweist, und mit einem gegenüber dem sternförmigen Bauteil verschiebbaren und eine Kulisse aufweisenden Verstellantrieb. Der Arm ist zur Positionierung an einer Steigung einer Kulisse eines Antriebsgetriebes in die Kulisse des Verstellantriebs einführbar. Der Aktor umfasst weiter eine drehbar gelagerte Abtriebseinrichtung. Die Drehrichtung und das Ausmaß der Drehung der Abtriebseinrichtung ist von der Drehrichtung und dem Ausmaß der Drehung des sternförmigen Bauteils abhängig.
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Die Kupplung kann eine Einfach- und eine Doppelkupplung sein. Im Weiteren wird exemplarisch von einer Seilzugkupplung ausgegangen. Der Aktor kann in eine drehende Kupplung als auch in ein stehendes Getriebegehäuse eingebaut werden.
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Die Federkraft kann erfindungsgemäß durch ein Antriebsgetriebe mit variabler Übersetzung an der Abtriebseinrichtung in ein Drehmoment umgesetzt werden.
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Der erfindungsgemäße Aktor umfasst im Wesentlichen ein Antriebsgetriebe, einen Spindelantrieb, der eine Spindel und eine Spindelmutter umfasst und einen Verstellantrieb. Weiter umfasst der Aktor ein zwischen der Spindelmutter und dem Verstellantrieb angeordnetes Gleitlager, mehrere Federantriebe, die der Kraftübertragung zwischen Antriebsgetriebe und dem sternförmigem Bauteil dienen und die jeweils eine axial angeordnete Druckfeder umfassen. Zusätzlich ist ein sternförmiges Bauteil mit Führungsrollen umfasst, die jeweils mit dem Verstellantrieb, den Federantrieben und der Abtriebseinrichtung in Kontakt stehen.
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Die zuvor genannten Elemente sind in einem Aktorgehäuse angeordnet.
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Es ist ein Elektromotor vorgesehen, bei dessen Drehung der Verstellantrieb axial verschoben wird.
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Der Verstellantrieb sowie der Federantrieb und die Abtriebseinrichtung umfassen Kulissen, die über die Führungsrollen des sternförmigen Bauteils miteinander kommunizieren. Durch die Kulissen im Verstellantrieb kann ein ungelagertes sternförmiges Bauteil verdreht und dadurch eindeutig zur Kulisse in der Abtriebseinrichtung positioniert werden. Bei einer Reibungsfreiheit geht die Kraft auf das Antriebsgetriebe durch den Berührungspunkt zwischen der Führungsrolle und der Abtriebseinrichtung und dem Mittelpunkt der Führungsrolle. Der Winkel der Kulisse bestimmt somit die tangentiale Komponente der Kraft und damit das Drehmoment auf die Seilzugrollen des Flaschenzuges (nicht dargestellt). Jede Kulissenposition besitzt einen anderen Winkelpunkt. Dadurch wird die nahezu konstante Federkraft in ein variables Moment in der Abtriebsvorrichtung umgesetzt.
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Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Federkraft durch ein Getriebe mit variabler Übersetzung in der Abtriebsvorrichtung umgesetzt wird. Als variables Getriebe ist z.B. ein Kurvenscheibengetriebe vorgesehen. Die Neigung der Kulissen steigt von 0 bis zu einem gewissen Wert an. Bei der Steigung 0 wird die Federkraft nicht in ein Abtriebsmoment umgesetzt. Mit zunehmender Steigung steigt das Abtriebselement nahezu proportional an.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Die Abtriebseinrichtung kann eine, wenigstens eine Steigung umfassende Kulisse aufweisen. Auf diese Weise kann die Seilzugrolle über das sternförmige Bauteil und durch Kraftübertragung auf die Abtriebseinrichtung exakt und mittels einer variablen Getriebeübersetzung gesteuert werden.
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Wenigstens eine Seilzugrolle kann durch Drehung der Abtriebseinrichtung auf- bzw. abgerollt werden. Die Seilzugrollen können die Seilzüge je nach gewünschter Kupplungsstellung exakt steuern.
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Die Abtriebseinrichtung kann am Aktorgehäuse drehbar gelagert sein. Es können ein oder mehrere Kugellager zwischen der Abtriebseinrichtung und dem Gehäuse vorgesehen sein. Auf diese Weise ist ein kraftschonender Gangwechselvorgang möglich.
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Die Anzahl der Steigungen der Kulisse der Abtriebseinrichtung und die Anzahl der Steigungen der Kulisse des Antriebsgetriebes kann von der Anzahl der Arme abhängen. Je nach Größe der Kupplung und der durch die Kupplung aufzubringenden Kraft können mehrere Arme vorgesehen sein. Beispielhaft und nicht ausschließlich wird von drei Armen ausgegangen.
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Das Antriebsgetriebe kann federbeaufschlagt sein. Es können wenigstens zwei Federantriebe vorgesehen sein. Die Federantriebe stellen für jede Stellung des sternförmigen Bauteils an der Steigung der Kulisse des Antriebsgetriebes eine zur Bewegung der Abtriebseinrichtung und somit zur Steuerung der Seilzugrollen ausreichende Kraft bereit.
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Die Kulisse des Verstellantriebs kann relativ zur Spindel axial und radial verlaufen. Der Verstellantrieb kann mit der Spindelmutter linear an der Abtriebseinrichtung gelagert sein. Je nach dem Ausmaß der radialen Krümmung der Kulisse gegenüber der Spindelachse kann das Ausmaß der Drehung des sternförmigen Bauteils gegenüber der Kulisse des Antriebsgetriebes durch Verschiebung des Verstellantriebs gegenüber dem sternförmigen Bauteil beeinflusst werden.
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Das sternförmige Bauteil kann Führungsrollen zum Ablauf an den Kulissen aufweisen. Die Führungsrollen können kugelgelagert sein und auf diese Weise den zum Gangwechsel erforderlichen Kraftaufwand weiter verringern.
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Vorstehend angeführte Beispiele und Aufzählungen sind rein exemplarisch gedacht und in keiner Weise ausschließlich gemeint.
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Im Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.
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Hierbei zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch den Drehhebelaktor,
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2 den Drehhebelaktor in Draufsicht und
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3 den Drehhebelaktor in perspektivischer Darstellung.
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In 1 ist ein Gehäuse 1 des Drehhebelaktors dargestellt, das einen Motor 2 umfasst, der eine Spindel 3 antreibt. Die Spindel 3 verläuft axial im Gehäuse und ist auf der vom Motor 2 abgewandten Seite mit einem Verschlusskopf 4 verbunden. Eine Spindelkonsole 5 ist oberhalb eines Motorgehäuses 6 mittels eines Gleitlagers 7 an der Spindel 3 gelagert. Abgewandt vom Motor 2 sitzt ein Verstellantrieb 8 auf der Spindelkonsole 5. Zwischen einer Spindelmutter 9 der Spindelkonsole 5 und dem Verstellantrieb 8 ist ein Gleitlager 7 angeordnet, über das der Verstellantrieb 8 axial zur Spindel 3 bewegbar ist.
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Der Motor 2 versetzt die Spindel 3 in eine Drehbewegung, durch die die Spindelkonsole 5 axial an der Spindel 3 verschiebbar ist. Das Antriebsgetriebe 10 weist eine ringförmige Plattform auf und umfasst das Aktorgehäuse 4 radial außen. Das Antriebsgetriebe 10 erstreckt sich rechtwinklig zur Spindel 3. Die Spindel 3 erstreckt sich im Zentrum einer Ringöffnung des Antriebsgetriebes 10 etwa rechtwinklig zum Antriebsgetriebe 16. Der Verstellantrieb 8, das Aktorgehäuse 11 und das Antriebsgetriebe 10 sind radial zur Spindel 3 jeweils ineinander angeordnet. Der Verstellantrieb 8 weist den relativ kleinsten Radius und das Antriebsgetriebe 10 den relativ größten Radius auf.
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Axial oberhalb des Antriebsgetriebes 10 ist ein sternförmiges Bauteil 12 dargestellt, das auf der Spindel 3 drehbar gelagert ist und drei Arme 13 aufweist. Auf jedem Arm 13 sind um den Arm 13 frei drehbar und gegeneinander beweglich wenigstens drei Führungsrollen 24 angeordnet. Auf der von der Spindelkonsole 5 abgewandten Seite des sternförmigen Bauteils 13 ist eine um die Spindel 3 frei drehbare Abtriebseinrichtung 15 angeordnet. Die Abtriebseinrichtung 15 ist durch ein Axiallager 16 frei drehbar am Verschlusskopf 4 gelagert. Die Abtriebseinrichtung 15 umfasst in 1 drei Säulen 17, die eine Konsole durchgreifen, auf der wenigstens zwei Seilzugrollen 18 angeordnet sind. Die Seilzugrollen 18 stehen über nicht dargestellte Seilzüge, mit Zugmitteln einer Kupplung in Verbindung. Mit Drehung der Abtriebseinrichtung 15 um die Spindelachse 19 drehen sich die Seilzugrollen 18 im- oder gegen den Uhrzeigersinn und wickeln das Zugseil (nicht dargestellt) auf die Seilzugrolle 18 auf bzw. von der Seilzugrolle 18 ab.
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Der Verschlusskopf 4 ist mit dem vom Motor 2 abgewandten Ende der Spindel 3 verbunden. In etwa rechtwinklig zur Spindel 3 verlaufende Nasen 20 durchsetzen die Abtriebseinrichtung 15 und greifen in ein Gehäuse 1 des Gleithebelaktors ein. Das Antriebsgetriebe 10 und die Abtriebseinrichtung 15 weisen je eine ringförmig umlaufende Seitenwand 21; 22 auf, die die Spindel 3 jeweils radial umgreifen. Die beiden Seitenwände 21; 22 weisen jeweils auf der vom sternförmigen Bauteil 12 abgewandten Seite einen Boden 23; 24 auf. An ihren, dem sternförmigen Bauteil 12 zugewandten Stirnseiten weisen die Seitenwände 21; 22 eine Lauffläche auf. Die Laufflächen umfassen radiale Steigungen 25; 26, die Abschnitte unterschiedlichen Höhenniveaus der Seitenwände 21; 22 mit einander verbinden. Das Höhenniveau der Seitenwand 21; 22 bemisst sich aus dem Abstand des Bodens 23; 24 der Seitenwand 21; 22 zur Stirnseite.
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Entsprechend der Anzahl der Arme 13 des sternförmigen Bauteils 13 sind im Verstellantrieb 8 Führungsschlitze 27 vorgesehen, die mit den Armen 13 kommunizieren. Relativ zur Spindel 3 weist der Führungsschlitz 27 einen axialen und gegenüber der Spindelachse 19 verdrehten Verlauf auf. Durch die axiale Verschiebung des Verstellantriebs 8 gegenüber dem sternförmigen Bauteil 12 greift der Arm 13 in den zugehörigen Führungsschlitz 27 des Verstellantriebs 8 ein. Die um die Spindelachse 19 verdrehte Ausrichtung des Führungsschlitzes 27 bewirkt eine Zwangsdrehung des sternförmigen Bauteils 12 um die Achse 19 der Spindel 3.
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Auf dem wenigstens einen Arm 13 sind nebeneinander wenigstens drei Führungsrollen 14 gegeneinander drehbar befestigt. Die zur Spindel 3 benachbarte Führungsrolle 14 läuft beim Einführen des Arms 13 in die Kulisse 28 des Verstellantriebs 8 an einer Innenwand des Führungsschlitzes 27 entlang.
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Mit Drehung der Spindel 3 wird der Verstellantrieb 8 axial in Richtung auf das sternförmige Bauteil 12 verschoben und der jeweilige Arm 13 des sternförmigen Bauteils 13 in den zugehörigen Führungsschlitz 27 des Verstellantriebs 8 eingeführt. Die gegenüber der Achse 19 der Spindel 3 radial verdrehte Ausrichtung des Führungsschlitzes 27 bewirkt eine definierte Drehung des sternförmigen Bauteils 12 um die Achse 19 der Spindel 3.
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Mit seiner radial äußeren Führungsrolle 14 rollt der Arm 13 des sternförmigen Bauteils 12 auf der Lauffläche der Kulisse 28 des Antriebsgetriebes 10 ab. Je nachdem, in welchem Ausmaß das sternförmige Bauteil 12 um die Spindelachse 19 gedreht wird, nimmt der Arm 133 eine Stellung ein zwischen dem niedrigsten und dem höchsten Punkt der Steigungsgeraden 25 auf der Lauffläche an der Stirnseite der Seitenwand 26.
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Durch Aufnahme der Arme 13 in die Führungsschlitze 27 des Verstellantriebs 8 erfolgt eine Zwangsdrehung des sternförmigen Bauteils 12 um die Spindelachse 19. Der Arm 13 nimmt je nach Ausmaß der Drehung eine bestimmte Position an der Steigung 25; 26 der Lauffläche des Antriebsgetriebes 10 ein. Auf der vom Antriebsgetriebe 10 abgewandten Seite des sternförmigen Bauteils 12 dreht sich die Abtriebseinrichtung 15 in Folge der Drehung des sternförmigen Bauteils 12 in Drehrichtung des sternförmigen Bauteils 12 um die Achse 59 der Spindel 3. Das Ausmaß der Drehung der Abtriebseinrichtung 15 um die Spindel 3 entspricht dem Ausmaß der Drehung des sternförmigen Bauteils 12 um die Spindelachse 19. Das sternförmige Bauteil 12 nimmt in Bezug auf die Steigung 25 der Kulisse 29 des Antriebsgetriebes 10 die gleiche Stellung ein, wie die Steigung 26 der Kulisse 30 der Abtriebseinrichtung 15 zum sternförmigen Bauteil 12. Durch die Drehung der Abtriebseinrichtung 15 rollt die Abtriebseinrichtung 15 mit der Lauffläche ihrer Stirnseite auf der mittleren Führungsrolle 14 des Arms 13 ab. Die Steigung 26 der Lauffläche der Abtriebseinrichtung 15 nimmt in Bezug zum wenigstens einen Arm 13 dieselbe Stellung ein, die der Arm 13 des sternförmigen Bauteils 12 durch Drehung gegenüber der Spindel 3 über der Steigung 25 der Lauffläche des Antriebsgetriebes 10 vorgibt.
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Radial außerhalb des Aktorgehäuses 1 weist das Antriebsgetriebe 10 je einen Flansch 31 auf, über den das Antriebsgetriebe 10 über Federn 32 gegenüber dem Aktorgehäuses abgestützt ist.
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Drehhebelaktor mit dem Aktorgehäuse 1 und den beiden Flanschen 31 des Antriebsgetriebes 10, über die das Antriebsgetriebe 10 durch je eine Feder 32 am Gehäuse 1 abgestützt ist und gegen das sternförmige Bauteil 12 gedrückt wird. Die Seitenwand 21 des Antriebsgetriebes 10 ist ringförmig ausgebildet. Das Aktorgehäuse 1 liegt mit dem Außenumfang seiner Seitenwand am Innenumfang der Ringöffnung des Antriebsgetriebes 10 an.
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In 2 weist das sternförmige Bauteil 12 drei Arme 13 auf, an denen je drei Führungsrollen 14 zueinander und gegenüber dem Arm 13 drehbar gelagert sind. Die inneren und zur Spindel 3 benachbarten Führungsrollen 14 dienen dem Abrollen des Arms 13 innerhalb des zugehörigen Führungsschlitzes 27 des Verstellantriebs 8. Wegen der relativ zur Spindel 3 gedrehten Ausrichtung der Führungsschlitze 27 wird das sternförmige Bauteil 12 mit seinen Armen 13 in Drehung versetzt. Dabei rollen die äußeren Führungsrollen 14 der Arme 13 auf der Lauffläche der Stirnseite der Seitenwand 21 des Antriebsgetriebes 10 ab. Die Arme 13 des sternförmigen Bauteils 12 sind somit durch axiale Verschiebung des Verstellantriebs 8 zu jedem beliebigen Punkt der Steigung 25 zwischen dem Fuß der Steigung 25 und der höchsten Erhebung der Steigung 25 bewegbar. Die frei um die Achse 19 der Spindel 3 drehbare Abtriebseinrichtung 15 (nicht dargestellt) läuft auf den mittleren Führungsrollen 14 ab. Innerhalb der Ringöffnung des Antriebsgetriebes 10 ist die Spindelkonsole 5 mit Spindelmutter 9 erkennbar.
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3 zeigt in perspektivischer Darstellung das Aktorgehäuse 1 des Drehhebelaktors mit dem Antriebsgetriebe 10, das durch zwei Federn 32 gegen das sternförmige Bauteil 12 gedrückt wird. Im unteren Bereich des Drehhebelaktors ist der Motor 2 zu erkennen, der die Drehbewegung der Spindel 3 bewirkt. Das Antriebsgetriebe 10 weist eine Seitenwand 21 auf, an deren Stirnseite die Lauffläche zu erkennen ist. Gegenüber der Stirnseite der Seitenwand 21 ist in der 3 der Boden 23 des Antriebsgetriebes 10 dargestellt. Mit den äußeren Führungsrollen 14 rollen die Arme 13 des sternförmigen Bauteils 12 auf der Lauffläche des Antriebsgetriebes 10 ab. Über die axiale Verschiebung des Verstellantriebs 8 kann der Arm 13 zwischen dem Fuß und der höchsten Erhebung der Steigung 25 der Lauffläche hin und her bewegt werden. Durch Drehung um die Spindelachse 19 folgt die Abtriebseinrichtung 15 der Anordnung der Arme 13 des sternförmigen Bauteils 12 an der Steigung 25 der Lauffläche des Antriebsgetriebes 10. Die Abtriebseinrichtung 15 dreht sich in Richtung der Drehung des sternförmigen Bauteils 12 um die Achse 19 der Spindel 3 bis die Ausrichtung der Steigung der Lauffläche der Abtriebseinrichtung 15 über dem Arm 13 mit der Ausrichtung des Arms 13 an der Steigung 25 des Antriebsgetriebes 10 übereinstimmt.
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Eine Drehung der Abtriebseinrichtung 15 bewirkt gleichzeitig eine entsprechende Drehung der Seilzugrolle 18. Je nach Drehung der Seilzugrolle 18 erfolgt eine Verkürzung oder eine Verlängerung der Zugseile.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Motor
- 3
- Spindel
- 4
- Verschlusskopf
- 5
- Spindelkonsole
- 6
- Motorgehäuse
- 7
- Lager
- 8
- Verstellantrieb
- 9
- Spindelmutter
- 10
- Antriebsgetriebe
- 11
- Aktorgehäuse
- 12
- Sternförmiges Bauteil
- 13
- Arm
- 14
- Führungsrolle
- 15
- Abtriebseinrichtung
- 16
- Axiallager
- 17
- Säule
- 18
- Seilzugrolle
- 19
- Spindelachse
- 20
- Nase
- 21
- Seitenwand
- 22
- Seitenwand
- 23
- Boden
- 24
- Boden
- 25
- Steigung
- 26
- Steigung
- 27
- Führungsschlitz
- 28
- Kulisse
- 29
- Kulisse
- 30
- Kulisse
- 31
- Flansch
- 32
- Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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