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Die Erfindung betrifft ein Getriebe zur Umsetzung einer Rotation eines Antriebsorgans in eine Translation eines Abtriebsorgans, mit einer mit dem Antriebsorgan gekoppelten Wickelkontur, auf die ein mit dem Abtriebsorgan verbundener Strang aufwickelbar ist.
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Ein solches Getriebe wird in
EP 1 686 288 B1 beschrieben und kann beispielsweise für Seilzugbetätigungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, etwa für elektrische Sitzversteller oder zur Wölbungsverstellung einer Lordosenstütze in einem Kraftfahrzeugsitz.
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Für den Antrieb des Antriebsorgans ist typischerweise ein Elektromotor vorgesehen, der aus Kosten- und Platzgründen möglichst kleinbauend sein sollte und mit relativ hoher Drehzahl läuft. Damit die nötige Stellkraft auf das Abtriebsorgan ausgeübt werden kann, sollte das Getriebe ein großes Untersetzungsverhältnis ermöglichen. Neben einem Spindelantrieb, wie er in
EP 1 686 288 B1 beschrieben wird, werden zu diesem Zweck zumeist Schneckenantriebe eingesetzt. Da deren Untersetzungsverhältnis oft noch nicht ausreicht, müssen häufig mehrere Getriebestufen, z. B. Zahnradgetriebe, hintereinandergeschaltet werden. Das ist nicht nur kostspielig, sondern erhöht auch das Getriebespiel sowie die Laufgeräusche des Getriebes.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach aufgebautes, spiel- und geräuscharm arbeitendes Getriebe zu schaffen, das große Untersetzungsverhältnisse ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strang an dem Abtriebsorgan umgelenkt und zu dem Antriebsorgan zurückgeführt und von einer gleichfalls mit dem Antriebsorgan gekoppelten zweiten Wickelkontur abwickelbar ist und daß die beiden Wickelkonturen von einander verschiedene Wickelradien für den Strang definieren.
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Der Strang hat somit die Form einer Schlaufe, die das Antriebsorgan mit dem Abtriebsorgan verbindet. Wenn das Antriebsorgan gedreht wird, so wird ein Ende des Stranges abgewickelt und gleichzeitig das andere Ende aufgewickelt. Die Länge der Schlaufe ändert sich dabei um einen Betrag, der der Differenz zwischen den beiden Wickelradien entspricht. Durch geeignete Wahl dieser Wickelradien läßt sich daher die Rotation des Antriebsorgans in einem einzigen Schritt in eine im Prinzip beliebig kleine Translationsbewegung des Abtriebsorgans umsetzen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei dem Strang wird es sich zumeist um ein auf Zug belastbares Element handeln, beispielsweise ein Seil oder Band. Es kann jedoch auch ein auf Schub belastbares Element verwendet werden, etwa ein Draht oder ein Federstahlband, so daß bei geeigneter Gestaltung der Umlenkung am Abtriebsorgan auch Schubkräfte auf das Abtriebsorgan übertragen werden können. Gegebenenfalls kann bei Schubbelastung durch geeignete Führungen ein seitliches Ausbrechen des Stranges verhindert werden.
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Die Wickelkontur kann die Form von Kreissegmenten oder Vollkreisen haben. Im letzteren Fall werden die Wickelkonturen durch die Umfangsflächen von Trommeln gebildet. In diesen Umfangsflächen können schraubenförmig verlaufende Spuren vorgesehen sein, die den Strang beim Aufwickeln so führen, daß die einzelnen Windungen des Stranges sauber nebeneinanderliegen. Die Trommeln müssen nicht zylindrisch sein, sondern können beispielsweise auch konisch oder als beliebige Rotationskörper ausgebildet sein, so daß die Wickelradien und damit auch das Untersetzungsverhältnis im Lauf des Auf- und Abwickelprozesses variieren. Auf diese Weise läßt sich je nach Bedarf die gewünschte Getriebekurve einstellen, einschließlich solcher Getriebekurven, bei denen das Abtriebsorgan bei gleichsinniger Drehung des Antriebsorgans seine Bewegungsrichtung umkehrt (Umkehr des Größenverhältnisses der Wickelradien).
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In einer anderen Ausführungsform können die Wickelkonturen auch so gestaltet sein, daß der Strang in mehreren übereinanderliegenden Lagen aufgewickelt wird. In dem Fall nimmt bei der Trommel, auf die der Strang aufgewickelt wird, der Wickelradius stetig zu, während er bei der anderen Trommel stetig abnimmt.
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Statt durch Variation des Wickelradius der Trommeln kann das Untersetzungsverhältnis auch dadurch variiert werden, daß sich die Dicke des Stranges über dessen Länge ändert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Wickelkonturen starr an dem Antriebsorgan angeordnet. Es sind jedoch auch Getriebe denkbar, bei denen eine der Wickelkonturen über ein Umkehrgetriebe mit dem Antriebsorgan gekoppelt ist, so daß die entgegengesetzten Enden des Stranges gleichsinnig auf die beiden Wickelkonturen aufgewickelt sein können.
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Um zu verhindern, daß ein Ende des Stranges vollständig von der Wickelkontur abgewickelt und dann in der falschen Richtung wieder aufgewickelt wird, kann der Drehbereich der Wickelkonturen und/oder des Antriebsorgans durch geeignete Anschläge begrenzt sein.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes; und
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2 eine Seitenansicht eines Teils des Getriebes nach 1.
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Das in 1 gezeigte Getriebe weist ein Antriebsorgan 10 in der Form eines Schneckenrades auf, das mit einer Schnecke 12 kämmt (die Schneckengänge sind jeweils nur strichpunktiert angedeutet). Die Schnecke 12 ist über eine Welle 14 mit einem nicht gezeigten Antriebsmotor verbunden.
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Das Antriebsorgan 10 sitzt auf einer Welle 16 und ist in einem Stück mit zwei Trommeln 18, 20 ausgebildet, die koaxial auf der Welle 16 angeordnet sind. Die Umfangsfläche der Trommel 18 bildet eine Wickelkontur 22, und die Umfangsfläche der Trommel 20 bildet eine Wickelkontur 24.
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Ein flexibler Strang 26, beispielsweise ein Zugseil, ist mit einem Ende an der Wickelkontur 22 befestigt und auf diese aufgewickelt, während das andere Ende an der Wickelkontur 24 befestigt und gegensinnig auf diese aufgewickelt ist. Der mittlere Teil des Stranges 26 wird an einem Abtriebsorgan 28 umgelenkt. Zur Reibungsminderung weist das Abtriebsorgan 28 in diesem Beispiel eine drehbar in einem Joch 30 gelagerte Umlenkrolle 32 für den Strang 26 auf. Der an der Umlenkrolle 26 umgelenkte Strang 26 bildet somit eine Schlaufe, mit der eine Zugkraft auf das Abtriebsorgan 28 ausgeübt werden kann.
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Wenn das Antriebsorgan 10 im Gegenuhrzeigersinn in 1 gedreht wird, so wird ein Ende des Stranges 26 (das obere Ende in 1) auf die Trommel 18 aufgewickelt, während das andere Ende von der Trommel 20 abgewickelt wird. Da jedoch die Trommel 20 einen kleineren Wickelradius hat als die Trommel 18, ist für einen gegebenen Drehwinkel des Antriebsorgans 10 die Länge des Strangabschnitts, der auf die Trommel 18 aufgewickelt wird, größer als die Länge, die von der Trommel 20 abgewickelt wird, so daß sich die Schlaufe insgesamt verkürzt und das Abtriebsorgan 28 näher an das Antriebsorgan 10 herangezogen wird.
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Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes, d. h., das Verhältnis zwischen dem Drehwinkel des Antriebsorgans 10 und der Länge des Weges, den das Abtriebsorgan 28 aufgrund der Verkürzung der Schlaufe zurücklegt, ist von der Differenz zwischen den Wickelradien abhängig, die durch die Wickelkonturen 22 und 24 der Trommeln 18, 20 definiert werden. Durch geeignete Wahl der Durchmesser der Trommeln 18, 20 läßt sich dieses Untersetzungsverhältnis nach Bedarf einstellen, wobei im Prinzip, bei nahezu identischen Wickelradien der beiden Trommeln, ein beliebig großes Untersetzungsverhältnis möglich ist.
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In 2 ist ein Schnitt durch ein Gehäuse 34 gezeigt, in dem die Welle 16 drehbar gelagert ist und das das Antriebsorgan 10 und die Trommeln 18, 20 sowie die Schnecke 12 und ggf. den nicht gezeigten Antriebsmotor für die Schnecke aufnimmt. Die Trommeln 18, 20 haben in diesem Beispiel zylindrische Umfangsflächen, in denen eingetiefte, schraubenförmig verlaufende Spuren 36 gebildet sind, die dem aufgewickelten Strang 26 Führung geben, so daß beim Aufwickeln die einzelnen Windungen des Stranges 26 sauber nebeneinandergelegt werden.
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In diesem Beispiel bleiben die Wickelradien beider Wickelkonturen 22, 24 während der Drehung des Antriebsorgans 10 unverändert, so daß das Getriebe ein konstantes Untersetzungsverhältnis aufweist. Im allgemeinen können die Trommeln 18, 20 beliebig geformte Rotationskörper sein, so daß der Wickelradius für jede der durch die Spuren 36 vorgegebenen Windungen verschieden sein kann. Beispielsweise könnte sich die Trommel 18 konisch nach unten verjüngen, so daß der Wickelradius beim Aufwickeln des Stranges 26 stetig abnimmt und sich damit immer mehr dem Wickelradius der Trommel 20 annähert, mit der Folge, daß das Untersetzungsverhältnis während des Bewegungsablaufes zunähme. Für ein gegebenes Antriebsdrehmoment, das auf das Antriebsorgan 10 wirkt, lassen sich so extrem hohe Zugkräfte auf das Abtriebsorgan 28 ausüben.
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Wenn umgekehrt ein vom Antriebsorgan 10 weg gerichteter Zug auf das Abtriebsorgan 28 ausgeübt wird, so wirkt aufgrund der unterschiedlichen Wickelradien ein zu diesem Zug proportionales Drehmoment auf das Antriebsorgan 10. Im gezeigten Beispiel wird dieses Drehmoment durch die Schnecke 12 aufgenommen, die das Antriebsorgan selbsthemmend in seiner aktuellen Winkelstellung fixiert. Bei genügend kleinem Unterschied zwischen den Wickelradien kann Selbsthemmung auch bereits durch die Lagerreibung der Welle 16 im Gehäuse 34 verursacht werden, so daß das Getriebe auch dann selbsthemmend wäre, wenn das Antriebsorgan 10 nicht über die Schnecke 12 sondern direkt durch einen Motor angetrieben würde, dessen Ausgangswelle die Welle 16 ist.
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Im gezeigten Beispiel können durch den Strang 26 nur Zugkräfte übertragen werden. Das erlaubt es, das Abtriebsorgan 28 näher an das Antriebsorgan 10 heranzuziehen, indem das Antriebsorgan 10 im Gegenuhrzeigersinn in 1 gedreht wird. Wenn jedoch auf das Antriebsorgan 28 eine Zugspannung (beispielsweise einer nicht gezeigten Feder) wirkt, die vom Antriebsorgan 10 weg gerichtet ist, so kann durch Drehung des Antriebsorgans 10 im Uhrzeigersinn in 1 auch erreicht werden, daß das Abtriebsorgan 28 diesem Zug kontrolliert nachgibt.
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In einer modifizierten Ausführungsform ist es auch denkbar, den Strang 26 als schubsteifes Federstahlband oder als Schubkette auszubilden und die Umlenkrolle 32 durch einen Rollenschemel zu ersetzen, über den die von dem Strang 26 gebildete Schlaufe auch Druckkräfte auf das Abtriebsorgan 28 übertragen kann.
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Wie 1 zeigt, ist in der Stirnfläche des Antriebsorgans 10 eine spiralförmig um die Welle 16 herum verlaufende und an beiden Enden geschlossene Nut 38 gebildet, in die ein Stift 40 eingreift. Der Stift 40 ist an einem Kulissenstein 42 befestigt, der, wie 2 zeigt, in einem Schlitz 44 in der oberen Wand des Gehäuses 34 geführt ist, so daß er sich radial in Bezug auf das Antriebsorgan 10 bewegen kann. Wenn das Antriebsorgan 10 gedreht wird, durchläuft der Stift 40 die spiralförmige Nut 38. Die entgegengesetzten Enden dieser Nut 38 bilden Anschläge, die den Drehwinkel des Antriebsorgans 10 begrenzen, im gezeigten Beispiel auf etwa zwei volle Umdrehungen. Auf diese Weise wird verhindert, daß der Strang 26 vollständig von einer der Trommeln 18, 20 abgewickelt und dann entgegen der vorgesehenen Drehrichtung wieder auf die Trommel aufgewickelt wird.
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Das hier gezeigte Getriebe eignet sich beispielsweise für Sitzversteller in Kraftfahrzeugen oder für Stellvorrichtungen, mit denen die Wölbung einer Lordosenstütze in einer Rückenlehne eines Sitzes verstellt wird, indem mit Hilfe des Antriebsorgans 28 ein Zug auf einen Rand dieser Lordosenstütze ausgeübt wird.
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Darüber hinaus eignet sich das vorgeschlagene Getriebe auch für Feststellbremsen in Kraftfahrzeugen. In dem Fall wird vorzugsweise das Antriebsorgan 10 direkt durch einen Motor angetrieben, so daß sich die Bremsbacken oder Bremsklötze der Feststellbremse schnell in die Bremsposition überführen lassen. Das große Untersetzungsverhältnis sorgt dann dafür, daß eine hohe Bremskraft aufgebaut werden kann, wobei sich durch geeignete Variation der Wickelradien der Trommeln 18, 20 erreichen läßt, daß die Bremsklötze sich beim Aktivieren der Feststellbremse zunächst schnell in Richtung auf die Bremsposition bewegen und sich die Bewegung dann bei zunehmender Annäherung an die Bremsscheibe oder -trommel verlangsamt, so daß in der wirksamen Position eine hohe Kraftverstärkung erreicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1686288 B1 [0002, 0003]
