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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Gegenstand der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft einen Wirbelkopf oder Stimmwirbel zum Stimmen von Saiteninstrumenten, insbesondere einen Stimmwirbel für Ukulelen, Gitarren, Banjos oder ähnliche Saiteninstrumente.
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Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
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Saiteninstrumente stellen typischerweise einen festen Anker an einem Ende jeder Saite und einen Mechanismus an dem anderen Ende bereit, der es einem Benutzer ermöglicht, ein Ausmaß an Spannung der Saite auszuwählen. Die Frequenz, mit der die Saite oszilliert, hängt hauptsächlich, neben mehreren anderen Parametern, von der schwingenden Länge der Saite und deren Spannung ab. Ein mechanischer Zahnradmechanismus, der verwendet wird, um die Spannung der Saite einzustellen, wird oftmals als Stimmwirbel oder Wirbelkopf bezeichnet. Stimmwirbel sind im Fach hinreichend bekannt und ein typischer Stimmwirbel, der bei Gitarren, Banjos und dergleichen verwendet wird, umfasst einen Stimmgriff, der an einem Ende einer Schneckenwelle gesichert ist, die sich durch ein Gehäuse erstreckt. Ein Schneckenrad greift in die Schneckenwelle innerhalb des Gehäuses ein und ein zylindrischer Pfosten ist mit dem Schneckenrad verbunden und an der Rotationsachse des Schneckenrads ausgerichtet. Der zylindrische Pfosten erstreckt sich durch ein Loch im Kopfstück des Instruments zur gleichen Seite wie die Saiten und ist derart ausgerichtet, dass dessen Achse im Allgemeinen senkrecht zu den Saiten ist. Im Betrieb, wenn der Griff (somit die Schneckenwelle) rotiert wird, wird das Schneckenrad und somit der zylindrische Pfosten rotiert. Damit wird eine Gitarrensaite, die durch ein Gitarrensaiteneinführloch eingeführt wird, das in dem zylindrischen Pfosten definiert ist, auf den zylindrischen Pfosten aufgewickelt oder von diesem abgewickelt, wodurch die Saitenspannung erhöht oder verringert wird, um ein Stimmen der Saite zu bewirken.
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Es gibt zahlreiche kommerziell erhältliche Stimmwirbel mit verschiedenen Ausgestaltungen, jedoch weisen die meisten die vorstehenden allgemeinen Merkmale und Funktionen auf und die meisten bestehen hauptsächlich aus Metall. Nichtsdestotrotz gibt es einen Bedarf an einem einfachen, leichten und kosteneffizienten Stimmwirbel, der bei kleinen Saiteninstrumenten, wie etwa Ukulelen, verwendet werden kann, ohne dass das Kopfstück mit zusätzlichem Gewicht belastet wird, und der mit geringen Kosten ökonomisch serienmäßig hergestellt werden kann.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung in einigen Ausführungsformen einen Stimmwirbel für ein Saiteninstrument bereit, umfassend: eine Eingangswelle, aufweisend ein erstes Ende und ein gegenüberliegendes zweites Ende, aufweisend einen Exzenter, wobei die Eingangswelle als Reaktion auf eine Eingabe von einem Benutzer rotierbar ist; ein Zahnradelement mit einer zentralen axialen Bohrung, um den Exzenter aufzunehmen, um das Zahnradelement durch eine kreisförmige Bewegung zu bewegen, wenn die Eingangswelle rotiert, wobei das Zahnradelement äußere Zähne aufweist; ein Hohlrad, aufweisend innere Zähne, die um die äußeren Zähne des Zahnradelements positioniert sind, wobei das Hohlrad größer ist als das Zahnradelement, um die kreisförmige Bewegung des Zahnradelements innerhalb des Hohlrads aufzunehmen, sodass mindestens einer der äußeren Zähne in mindestens einen der inneren Zähne eingreift und diesen antreibt, wenn sich das Zahnradelement durch dessen kreisförmige Bewegung bewegt, um das Hohlrad um dessen Mittelachse zu rotieren; und einen Saitenpfosten, der von dem Hohlrad angetrieben wird, um eine Saite des Instruments infolge der Rotation der Eingangswelle in eine Richtung aufzuwickeln und die Saite infolge der Rotation der Eingangswelle in eine entgegengesetzte Richtung abzuwickeln.
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In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner einen Begrenzungsmechanismus umfassen, der das Zahnradelement behindert, um die Rotation des Zahnradelements um dessen Mittelachse zu begrenzen.
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In einigen Ausführungsformen können die äußeren Zähne konvex und dazu in der Lage sein, in komplementär konkave Nuten zwischen den inneren Zähnen einzugreifen.
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In einigen Ausführungsformen kann das Zahnradelement mindestens einen äußeren Zahn weniger als die inneren Zähne des Hohlrads aufweisen.
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In einigen Ausführungsformen kann das Zahnradelement einen äußeren Zahn oder zwei äußere Zähne weniger als die inneren Zähne des Hohlrads aufweisen.
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In einigen Ausführungsformen kann der Saitenpfosten mit dem Hohlrad koaxial mit der Mittelachse des Hohlrads verbunden sein.
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In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner ein Gehäuse zum Befestigen am Saiteninstrument umfassen, wobei das Gehäuse eine Bohrung definiert und die Eingangswelle zur Rotation in der Bohrung gelagert ist und das Gehäuse ferner einen Hohlraum definiert, um das Zahnradelement und das Hohlrad aufzunehmen.
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In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse einen Basisabschnitt beinhalten, der eine untere Fläche zum Befestigen an dem Saiteninstrument aufweist, wobei der Hohlraum in dem Basisabschnitt definiert sein kann und zur unteren Fläche geöffnet sein kann, wobei das Gehäuse ferner eine obere Wand gegenüber der unteren Fläche beinhaltet, die den Hohlraum begrenzt, und wobei die Bohrung in der oberen Wand definiert ist.
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In einigen Ausführungsformen kann der Begrenzungsmechanismus eine Lücke, die in der oberen Wand definiert ist, und einen Vorsprung an dem Zahnradelement, der sich innerhalb der Lücke bewegt, umfassen und die Lücke schränkt die Bewegung des Vorsprungs auf einen Bewegungsbereich ein, der die kreisförmige Bewegung des Zahnradelements ermöglicht, jedoch keine Rotation des Zahnradelements um dessen Mittelachse ermöglicht.
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In einigen Ausführungsformen kann der Begrenzungsmechanismus Lücken, die in der oberen Wand definiert und um die Bohrung angeordnet sind, und Vorsprünge an dem Zahnradelement umfassen, wobei sich jeder Vorsprung innerhalb einer benachbarten Lücke bewegt und die Lücken die Bewegung der Vorsprünge auf einen Bewegungsbereich einschränken, der die kreisförmige Bewegung des Zahnradelements ermöglicht, jedoch keine Rotation des Zahnradelements um dessen Mittelachse ermöglicht.
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In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner einen Griff beinhalten, der mit dem ersten Ende der Eingangswelle verbunden ist, um es einem Benutzer zu erleichtern, die Eingangswelle in Rotation zu versetzen.
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In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung einen Stimmwirbel für Saiteninstrumente bereit, der einen Griff umfasst, der mit einer Eingangswelle verbunden ist, die einen Exzenter an dem Ende gegenüber dem Griff aufweist, wobei der Exzenter eine Scheibe in einem Exzenterkreis antreibt und, wenn sich die Scheibe durch deren Exzenterkreis bewegt, ein inneres Hohlrad antreibt. Das innere Hohlrad ist mit einer Ausgangswelle verbunden, die mit einem Saitenpfosten verbunden ist, und wenn die Ausgangswelle rotiert, wird die Saite auf den Saitenpfosten aufgewickelt oder von diesem abgewickelt.
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Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Durchschnittsfachmann bei der Lektüre der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren und Ansprüchen.
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Figurenliste
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In den Zeichnungen, die rein beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, gilt:
- 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Stimmwirbels oder Stimmwirbels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist eine Draufsicht des Stimmwirbels aus 1;
- 3 ist eine Seitenansicht des Stimmwirbels aus 1;
- 4 ist eine Vorderansicht des Stimmwirbels aus 1;
- 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht von oben des Stimmwirbels aus 1;
- 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht von unten des Stimmwirbels aus 1;
- 7 ist eine Reihe von oberen Draufsichten der Scheibe innerhalb des inneren Zahnradabschnitts des Stimmwirbels aus 1; und
- 8 ist eine Reihe von oberen Draufsichten der Scheibe innerhalb des Gehäuses des Stimmwirbels aus 1.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Um ein Verständnis der Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiele verwiesen, und diese werden mit einer spezifischen Ausdrucksweise beschrieben. Es versteht sich dennoch, dass hiermit keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist. Jegliche Veränderungen und weitere Modifikationen der erfindungsgemäßen Merkmale, die hierin veranschaulicht sind, und alle zusätzlichen Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie hierin veranschaulicht, die einem Fachmann im einschlägigen Gebiet ersichtlich werden, der diese Offenbarung besitzt, sind als innerhalb des Umfangs der Erfindung liegend zu betrachten.
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Unter Bezugnahme auf die 1-8 wird ein Stimmwirbel oder Stimmwirbel 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, der an dem Kopfstück eines Saiteninstruments, wie etwa einer Gitarre, eines Banjos, einer Ukulele und dergleichen, befestigt werden kann. Der Stimmwirbel 100 umfasst ein Gehäuse 102, eine Eingangswelle 104, einen Griff 106, ein Zahnradelement oder eine Scheibe 108 und ein inneres Hohlradelement 110.
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Das Gehäuse 102 beinhaltet einen Basisabschnitt 114, der eine flache Fläche 116 aufweist, die dazu ausgelegt ist, an einer flachen Fläche am Kopfstück des Saiteninstruments anzuliegen. Der Basisabschnitt 114 beinhaltet ein oder mehrere Befestigungslöcher 118, um Befestigungselemente, wie etwa Schrauben, aufzunehmen, um das Gehäuse 102 am Kopfstück zu montieren. Das Gehäuse 102 beinhaltet ferner einen erhöhten Abschnitt 120, der eine Umfangsseitenwand 122 und eine obere Wand 124 aufweist, die zusammen einen inneren Hohlraum, wie etwa den kreisförmigen Hohlraum 126, definieren. Die obere Wand 124 beinhaltet eine zentrale Bohrung 128 und eine oder mehrere trapezförmige Öffnungen 130.
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Die Eingangswelle 104 weist ein erstes Ende 138 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 136 mit einem Exzenter 134 auf. Für den Leser versteht es sich, dass ein Exzenter eine kreisförmige Scheibe oder ein Stift ist, die bzw. der an einer Rotationsachse montiert ist und deren bzw. dessen Mittelpunkt von dem der Achse versetzt ist. Am ersten Ende 138 ist die Eingangswelle 104 mit dem Griff 106 verbunden, indem sie derart geformt ist, dass sie innerhalb einer im Allgemeinen rechteckigen axialen Bohrung 140 aufgenommen wird, die durch den Griff 106 verläuft, sodass der Griff 106 und das Ende 138 der Eingangswelle 104 eine Schloss-Schlüssel-Passung aufweisen. Das Ende 136 der Eingangswelle ist zur Rotation innerhalb der zentralen Bohrung 128 des Gehäuses 102 derart gelagert, dass sich der Exzenter 134 in den Hohlraum 126 erstreckt. Dementsprechend rotiert der Stimmgriff 106 den Exzenter 134 innerhalb des Hohlraums 126. Auf diese Weise kann die Eingangswelle als Reaktion auf eine Eingabe von einem Benutzer rotiert werden; jedoch werden dem Fachmann andere Benutzereingabemechanismen zum Rotieren der Eingangswelle bei der Lektüre ersichtlich sein.
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Der Stimmwirbel 100 beinhaltet ferner ein Hohlrad. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Hohlrad Teil des Hohlradelements 110, das einen Scheibenabschnitt 150, der dazu geformt und konfiguriert ist, innerhalb des inneren Hohlraums 126 des Gehäuses 102 aufgenommen zu werden, und eine Ausgangswelle 152 senkrecht zum Scheibenabschnitt umfasst, die als Saitenpfosten wirkt und einen Saitenaufwickelabschnitt 154 beinhaltet, mit dem ein Ende einer Saite des Instruments aufgewickelt wird. Dementsprechend wird der Saitenpfosten von dem Hohlrad angetrieben: in der veranschaulichten Ausführungsform durch direktes Verbinden mit dem Hohlrad. In einigen Ausführungsformen jedoch kann der Saitenpfosten indirekt an das Hohlrad gekoppelt sein, wie zum Beispiel durch Zwischenzahnräder, um von dem Hohlrad angetrieben zu werden.
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Der Scheibenabschnitt 150 definiert einen Zahnradhohlraum 158 in einer oberen Fläche, der einen inneren umfänglichen Zahnradabschnitt 160 und eine innere ebene Fläche 162 beinhaltet. Der innere Zahnradabschnitt 160 umfasst eine Vielzahl von halbkreisförmigen Nuten 164, die sich radial um einen Mittelpunkt 166 befindet und mit der Längsachse der Ausgangswelle 152 zusammenfällt. Die Übergangsbereiche oder Zähne 168 zwischen benachbarten halbkreisförmigen Nuten 164 sind abgerundet. Dementsprechend sind der Scheibenabschnitt 150 mit dem Zahnradhohlraum 158, der innere Zahnradabschnitt 160 mit den Nuten 164 und die Zähne 168 Ausführungsformen eines Hohlrads, das innere Zähne aufweist.
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Wenn ein Stimmwirbel 100 an dem Kopfstück des Instruments befestigt ist, verläuft die Ausgangswelle 152 des Hohlradelements 110 durch eine Öffnung im Kopfstück, wie es im Fach üblich ist, und der Scheibenabschnitt 150 ist innerhalb des Hohlraums 126 des Gehäuses 102 aufgenommen und eingeschlossen, wobei das Gehäuse am Kopfstück montiert ist, sodass der Scheibenabschnitt 150 in einer ebenen Bewegung innerhalb des inneren Hohlraums 126 rotiert werden kann.
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Ein Zahnradelement, wie etwa die Scheibe 108, definiert eine Kante, die einen äußeren umfänglichen Zahnradabschnitt 170 definiert, der eine Vielzahl von halbkreisförmigen Zähnen 172 umfasst, die sich radial um die zentrale axiale Bohrung 174 befindet. Der Übergangsbereich 176 zwischen benachbarten Zähnen ist konkav. Die Scheibe 108 ist dazu konfiguriert, innerhalb des inneren Zahnradabschnitts 160 des Scheibenabschnitts 150 des Hohlradelements 110 zu passen. Die Zähne 172 der Scheibe sind derart bemessen und geformt, dass sie in die halbkreisförmigen Nuten 164 des inneren Zahnradabschnitts 160 eingreifen, wie in 7 gezeigt. Dementsprechend ist das Hohlrad größer als das Zahnradelement, um die kreisförmige Exzenterbewegung des Zahnradelements innerhalb des Hohlrads aufzunehmen, sodass mindestens einer der äußeren Zähne des Hohlrads in mindestens einen der inneren Zähne des Hohlrads eingreift und diesen antreibt, wenn sich das Zahnradelement durch dessen kreisförmige Exzenterbewegung bewegt, um das Hohlrad um dessen Mittelachse zu rotieren.
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Die Anzahl der Zähne 172 an der Scheibe 108 ist mindestens einer weniger, und kann zwei weniger sein, als die Anzahl der halbkreisförmigen Nuten 164 an dem Scheibenabschnitt 150. Wie hierin erläutert wird, bestimmt die Anzahl der halbkreisförmigen Nuten 164 das Zahnradverhältnis des Stimmwirbels 100. In der veranschaulichten Ausführungsform weist das Hohlradelement 110 sechs halbkreisförmige Nuten auf und die Scheibe 108 weist fünf halbkreisförmige Zähne 172 auf. Dementsprechend weist das Zahnradelement mindestens einen äußeren Zahn weniger als die inneren Zähne des Hohlrads auf. Vorzugsweise weist das Zahnradelement einen äußeren Zahn weniger oder zwei äußere Zähne weniger als die inneren Zähne des Hohlrads auf. Vorzugsweise weist das Zahnradelement einen äußeren Zahn weniger als die inneren Zähne des Hohlrads auf.
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In dem zusammengebauten Stimmwirbel 100 ist die Scheibe 108 innerhalb des Zahnradhohlraums 158 des Scheibenabschnitts 150 des Hohlradelements 110 aufgenommen und der Scheibenabschnitt 150 ist innerhalb des inneren Hohlraums 126 des Gehäuses 102 aufgenommen, das am Kopfstück des Saiteninstruments befestigt ist. Die zentrale Bohrung 174 der Scheibe 108 nimmt den Exzenter 134 der Eingangswelle 104 auf, der derart gelagert ist, dass er innerhalb der Bohrung 128 am Ende 136 rotiert und mit dem Griff 106 am Ende 138 verbunden ist. Dementsprechend veranlasst die Rotation der Eingangswelle 104 über den Griff 106 in dem zusammengebauten Stimmwirbel 100 die Scheibe 108 dazu, sich auf planare exzentrische kreisförmige Weise innerhalb des Zahnradhohlraums 158 zu bewegen.
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Der Stimmwirbel 100 kann ferner einen Begrenzungsmechanismus beinhalten, der das Zahnradelement behindert, um die Rotation des Zahnradelements um dessen Mittelachse zu begrenzen. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Begrenzungsmechanismus einen oder mehrere Vorsprünge oder Stifte 178 auf der Fläche 180 der Scheibe 108, die der Innenseite der oberen Wand 124 des Gehäuses 102 zugewandt ist, und die Stifte 178 sind dazu konfiguriert, derart innerhalb der Lücken oder Öffnungen 130 aufgenommen zu werden, dass die Stifte 178 eine seitliche Bewegungsfreiheit innerhalb der Öffnungen in dem Bewegungskreis aufweisen, der durch die Exzenterbewegung der Scheibe 108 definiert ist, jedoch sind die Stifte 178 durch die Wand der Öffnungen 130 eingeschränkt, sodass die Scheibe 108 nicht in der Lage ist, vollständig um ihre Mittelachse zu rotieren (wie in 8 am besten gezeigt). Die Scheibe 108 behält dadurch ihre Winkelbeziehung zum Scheibenabschnitt des Gehäuses bei, während sie einer kreisförmigen planaren Bewegung in Bezug auf den Scheibenabschnitt unterzogen wird. Das innere Hohlradelement - und damit die Ausgangswelle - ist gezwungen, zu rotieren, wodurch dessen Winkelbeziehung zur Scheibe verändert wird. Es wird bevorzugt, einen Begrenzungsmechanismus aufzuweisen, um die Rotation der Scheibe 108 zu verhindern, was dazu führt, dass das Hohlrad, und damit der Saitenpfosten, sich in die gleiche Richtung wie die Eingangswelle dreht, um eine natürlichere Stimmerfahrung für den Benutzer bereitzustellen.
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Unter Bezugnahme auf 7 wird eine Scheibe 108 innerhalb des Zahnradhohlraums 158 in mehreren Positionen bei ihrer kreisförmigen Exzenterbewegung gezeigt, wenn die Scheibe von dem Exzenter 134 auf der Eingangswelle 104 angetrieben wird. Der Einfachheit halber ist nur die Oberseite des Scheibenabschnitts 150 des Hohlradelements 110 und der Scheibe 108, die innerhalb des Zahnradhohlraums 158 aufgenommen ist, gezeigt. Die Scheibe 108 wird von dem Exzenter 134 über die zentrale Bohrung 174 der Scheibe derart angetrieben, dass sich der Mittelpunkt der Scheibe in einem Kreis bewegt, die Scheibe selbst jedoch nicht in großem Umfang rotiert, da deren Rotation durch den Bewegungsbereich der Stifte 178, die sich innerhalb der Öffnungen 130 des Gehäuses bewegen, wie vorstehend beschrieben, begrenzt ist. Dies ist dadurch veranschaulicht, dass einer der Stifte 178 auf einem Zahn 172 mit dem Symbol * gekennzeichnet ist, um zu zeigen, dass er in demselben Bereich bleibt und nicht rotiert. Wenn sich die Scheibe in ihrem kreisförmigen Bewegungsbereich bewegt, nehmen einer oder mehrere der halbkreisförmigen Zähne 172 eine benachbarte halbkreisförmige Nut 164 des inneren Zahnradabschnitts 160 in Eingriff und veranlassen den inneren Zahnradabschnitt (und damit die Ausgangswelle 152) dazu, durch einen Rotationsbogen in der Richtung der kreisförmigen Bewegung der Scheibe zu rotieren. Wenn sich die Scheibe 108 weiter durch ihre kreisförmige Bewegung bewegt, nehmen die verschiedenen Zähne 172 die benachbarten halbkreisförmigen Nuten 164 in Eingriff und lösen sie, was dazu führt, dass der innere Zahnradabschnitt 160 durch einen Rotationsbogen mit jeweils aufeinanderfolgender Ineingriffnahme zwischen den halbkreisförmigen Zähnen auf der Scheibe und den halbkreisförmigen Nuten auf dem inneren Zahnradabschnitt rotiert. Das Umkehren der Rotation der Eingangswelle kehrt die Rotation des Hohlrads um, wodurch auch die Rotation des Saitenpfostens umgekehrt wird. Dementsprechend wird der Saitenpfosten von dem Hohlrad angetrieben, um dazu in der Lage zu sein, eine Saite des Instruments infolge der Rotation der Eingangswelle in eine Richtung aufzuwickeln und die Saite infolge der Rotation der Eingangswelle in eine entgegengesetzte Richtung abzuwickeln.
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Die Bewegung der Scheibe 108 durch einen vollständigen Bewegungskreis veranlasst die Rotation des inneren Zahnradabschnitts 160 durch einen Rotationsbogen, wobei der Wert von dem Zahnradverhältnis abhängig ist und durch die Anzahl der Nuten 164 auf dem inneren Zahnrad bestimmt wird. In der veranschaulichten Ausführungsform, in der das innere Zahnrad sechs Nuten 164 aufweist, würde die Rotation des inneren Zahnrads 160, die aus einer vollständigen kreisförmigen Bewegung der Scheibe resultiert, beispielsweise 1/6 einer vollständigen Umdrehung des inneren Zahnrads betragen. Somit würde das Zahnradverhältnis in einer derartigen Ausführungsform 6:1 betragen, was bedeutet, dass sechs vollständige Umdrehungen der schnellaufenden Eingangswelle erforderlich sind, um eine vollständige Umdrehung des inneren Zahnradabschnitts 160 und damit der Ausgangswelle 152, auf die die Saite des Instruments gewickelt ist, zu erzeugen. Das Zahnradverhältnis des Stimmwirbels 100 kann durch Verändern der Anzahl an Nuten 164 auf dem inneren Zahnrad ausgewählt werden. Zum Beispiel kann das Zahnradverhältnis von 8:1 durch Bereitstellen von acht halbkreisförmigen Nuten 164 auf dem inneren Zahnradabschnitt 160 und sieben halbkreisförmigen Zähnen 172 auf der Scheibe erhalten werden. Gleichermaßen kann ein Zahnradverhältnis von 12:1 mit zwölf halbkreisförmigen Nuten auf dem Zahnradabschnitt und elf halbkreisförmigen Zähnen auf der Scheibe erhalten werden. Somit kann ein Zahnradverhältnis von n: 1 mit einer Anzahl n von halbkreisförmigen Nuten auf dem Zahnradabschnitt und n-1 halbkreisförmigen Zähnen auf der Scheibe erhalten werden. Vorzugsweise beträgt die Anzahl von Zähnen 172 auf der Scheibe nicht mehr als zwei Zähne weniger als die Anzahl der Nuten 164 auf dem inneren Zahnradelement. Der Effekt dafür, dass zwei Zähne weniger auf der Scheibe als Nuten auf dem inneren Zahnrad vorliegen, würde dazu führen, dass ein reduziertes Zahnradverhältnis vorliegt. Somit würde sich das innere Hohlrad zwei Zähne weiter bewegen, statt dass sich das innere Hohlrad 160 eine Nut pro Zyklus der Scheibe weiter bewegt. Die Wirkung auf die Interaktion der Zähne würde zu einer stärkeren Gleitbewegung zwischen der Scheibe und dem Hohlrad führen, was dazu neigen würde, die Effizienz des Antriebs zu reduzieren, wobei Verluste durch die verstärkte Reibung zwischen der Scheibe und den Hohlrädern berücksichtigt werden. Praktisch wäre es schwierig, eine Scheibe mit zwei Zähnen weniger auf einem Antrieb mit kleinem Zahnradverhältnis auszugestalten, da es zu Problemen bei dem Eingreifen der Zähne aufgrund des größeren Unterschieds beim Durchmesser sowie der größeren Winkelverscheibung des Abtriebs pro Zahneingriff kommen würde.
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Im Allgemeinen ähnelt der Zahnradmechanismus des Stimmwirbels 100 der vorliegenden Erfindung einem zykloiden Antriebsmechanismus, bei dem jedoch verhindert wird, dass die Scheibe 108 rotiert und das innere Zahnrad 160 oder das Hohlrad frei rotieren kann. Dadurch veranlasst die kreisförmige Exzenterbewegung der Scheibe 108 die Rotation des inneren Zahnradabschnitts 160 und treibt die Ausgangswelle oder den Saitenpfosten an. In typischen zykloiden Antriebsmechanismen, bei denen die Scheibe sich drehen kann und das Hohlrad fest ist, ist die resultierende Rotation der Ausgangswelle entgegengesetzt zur Rotation der Eingangswelle. Während dies in einigen Ausführungsformen des Stimmwirbels der vorliegenden Erfindung funktioniert, wäre dies für viele Saiteninstrument spielende Musiker schwierig, die Stimmwirbel nach dem Stand der Technik gewohnt sind, bei denen der Saitenpfosten in die gleiche Richtung wie der Griff rotiert. In der veranschaulichten Ausführungsform des Stimmwirbels der vorliegenden Erfindung erfolgt die resultierende Rotation der Ausgangswelle durch Verhindern der Rotation der Scheibe 108 um ihre Mittelachse unter Verwendung des Begrenzungsmechanismus der Stifte 172 in den Öffnungen 130 im Gehäuse 102 in die gleiche Richtung wie die Rotation des Griffs 106, wodurch sich der Benutzer nicht an die Saitenspannrichtung der Stimmwirbel umgewöhnen oder zusätzliche Korrekturen der Verzahnung vornehmen muss. In jeder Zahnradkonfiguration folgt das Verfahren des Entwickelns der Profile der Scheibenzähne und Zähne des inneren Zahnrads (und der Nuten) den Prinzipien der zykloiden Ausgestaltung der Zahnräder, wie im Fach bekannt.
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Der vorteilhafte Aspekt der Stimmwirbel der vorliegenden Erfindung ist, dass die Teile aufgrund ihrer Einfachheit sich gut dafür eignen, aus Kunststoff, Metall oder beidem durch Verfahren wie etwa Gießen, Spritzgießen, 3D-Drucktechniken oder einfaches Verarbeiten ökonomisch hergestellt zu werden. Die Zahnradteile in der vorliegenden Erfindung können eine größere Variabilität der Abmessungen aufweisen, so können sie zum Beispiel weniger präzise Abmessungen aufweisen, ohne die Funktion zu beeinträchtigen, wodurch ermöglicht wird, sie mit weniger strengen Abmessungsspezifikationen unter Verwendung von ökonomischen Massenproduktionsverfahren herzustellen. Zum Beispiel können die Teile des Stimmwirbels der vorliegenden Erfindung aus spritzgegossenen Kunststoffen hergestellt werden, was zu leichten und kosteneffizienten Stimmwirbeln führt, die an kleinen Saiteninstrumenten (wie etwa Ukulelen) oder an Saiteninstrumenten, die typischerweise große Stimmwirbel aufweisen (wie etwa Bassgitarren), verwendet werden können, und erzielen eine erhebliche Gewichtsreduzierung im Gegensatz zu vergleichbaren Stimmwirbeln aus Metall nach dem Stand der Technik. In einigen Ausführungsformen können die Stimmwirbel Metallteile zur Strukturverstärkung beinhalten, wie zum Beispiel einen metallischen Stabkern in der Ausgangswelle/dem Saitenpfosten, und diese können einfach in einen Kunststoffspritzgussprozess integriert werden. Zusätzlich kann der Zahnradmechanismus der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise nicht von der Ausgangswelle angetrieben werden. Somit kehrt die Rotationskraft, die durch die Saitenspannung an der Ausgangswelle verursacht wird, den Zahnradmechanismus nicht zum Abwickeln der Saite um. Der Zahnradmechanismus kann nur durch das Drehen der Eingangswelle mit dem Griff oder anderweitig angetrieben werden. Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind, dass eine reduzierte Gegenbewegung im Zahnradmechanismus vorliegen kann, und aufgrund der Einfachheit der Zahnradstruktur lassen sich die Stimmwirbel mit einer Vielfalt von Zahnradverhältnissen von hohen bis geringen Verhältnissen ziemlich leicht ausgestalten, einschließlich Zahnradverhältnissen, die für Stimmwirbel für diese Arten von Saiteninstrumenten ziemlich gering sind, wie etwa 3:1.
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Während die vorstehende Beschreibung und die vorstehenden Veranschaulichungen bevorzugte oder alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, versteht es sich, dass zahlreiche Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Somit sind die hierin beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsformen nicht derart auszulegen, dass sie die Erfindung einschränken, wie gemäß den beigefügten Ansprüchen ausgelegt.
