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Selbsttätig stufenlos einstellbares Schwenkqetriebei
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Die Erfindung betrifft ein selbsttatig stufenlos einstellbares Schwenkgetriebe
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In der Anmeldung P 30 9 204.6 ist ein Schwenkgetriebe vorge schlagen
worden, bei dem die Rückstellkraft des Schwenkarmes, die auftritt, wenn an der Abtriebswelle
ein Drehmoment abge kommen wird, zur selbsttätigen Übersetzungsverstellung genutzt
wird.
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Nun sind aber in der Praxis Anwendungsfälle ftir ein selbst tätig
stufenlos einstellbares Schwenkgetriebe vorhanden, bei denen der Kraftfluss umgekehrt
wird und die Ubersetzung gleichfalls selbsttätig ins Langsame verstellt werden soll.
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Dieser Anwendungsfall tritt beispielsweise bei der Bergabfahrt von
Fahrzeugen auf. t vliesen Fallen ändert die auf den Schwenkarm wirkende Reaktionskraft
F ihre Richtung, d.h sie ändert ihr Vorzeichen. ei dem Gegenstand nach der Anmeldung
P 30 15 204 sind Maßnahmen getroffen, daß der Schwenkarm bei negativer Reaktionskraft
(-F) nicht selbsttätig Uber die Mit telstellurig des Schwenkarmes (kleinste Ubersetzung,
z.B. 1: 1) hinaus verschwenkt werden kann.
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Die der Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Schwenkgetriebe
in der Weise weiterzubilden, daß sowohl bei auf den Schwenkarm einwirkender positiv
Rückstellkraft als auch bei auf den Schwenkarm einwirkender negativer ktickstell
kraft eine selbsttatig stufenlose Verstellung des Schwenken triebes stattfinden
kann, wobei die einzelnen GetriebestuSen nass oder trockenlaufend ausgebildet sein
können
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch
1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Ausgestaltungen bzw. vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen enthalten Die Erfindung wird anhand von Beispielen in den
nachfolgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 eine prinzipielle
Ausführungsform eines Getriebes in perspektivischer Darstellung, Fig. 2 eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Schwenkgetriebes mit dem Schwenkarm in Mittelstellung Fig.3
das Schwenkgetriebe nach Fig. 2 , bei dem der Schwenkarm durch eine positive Rückstellkraft
verschwenkt ist, Fig. 4 eine Kennlinie des Schwenkgetriebes gemäß Fig. 2 und Fig.
3, Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Schwenkgetriebes mit dem Schwenkarm in
Mittelstellung, Fig. 6 das Schwenkgetriebe gemäß Fig. 5, bei dem der Schwenkarm
durch eine positive Rückstellkraft verschwenkt ist, Fig. 7 eine weitere Ausführungsform
des Schwenkgetrie bes mit dem Schwenkarm in Mittelstellung, Fig. 8 das Schwenkgetriebe
gemäß Fig 7, bei dem der Schwenkarm durch eine positive Rückstellkraft verschwenkt
ist, Fig. 9 eine Ausführungsform des Schwenkgetriebes, bei dem die federnden Elemente
Zugfedern sind, dargestellt als Schnitt entlang der Linie AA gemäß Fig. 10, Fig.
10 eine Iratifs icht auf das Schwenkgetri ehe gemäß Fig. an
Fig.ll
einen Schnitt entlang der Linie BB (Fig. 10) durch das Schwenkgetriebe gemäß Fig.
10, Fig.12 das Schwenkgetriebe gemäl3 Fig. 9, bei dem der Schwenkarm durch eine
positive Rückstellkraft verschwenkt ist, Fig.13 das Schwenkgetriebe gemäß Fig. 9,
bei dem der Schwenkarm durch eine negative Rückstellkraft verschwenkt ist, Fig.14
die Darstellung von Kennlinien eines Schwenkgetriebes, bei dem die federnden Elemente
verschiedene Charakteristiken aufweisen und die Widerlager verstellbar ausgeführt
sind, Fig.15 eine Ausführungsform des Schwenkgetriebes mit einem Schwenkarm, bei
dem die beiden federnden Elemente in einer Schenkelfeder vereinigt s-ind, Fig.16
eine Ausführungsform des Schwenkgetriebes nach Fiy. 15, bei dem der Schwenkarm durch
eine positive Rückstellkraft verschwenkt ist, Fig.17 eine Variante des Schwenkgetriebes
nach Fig. 15, bei dem der Drehpunkt der Schenkel feder nicht mit dem Drehpunkt des
Schwenkarmes zusammenfällt, Fig.l7a mehrere Kennlinien von einigen Ausführungsbeispielen
von Schwenkgetrieben nach der Erfindung, insbesondere nach Fig. 17, Fig.18 ein Ausführungsbeispiel
eines Schwenkgetriebes, bei dem Gummi-Torsions-Federn verwendet sind, Fig.l9 ein
Ausführungsbeispiel eines Schwenkgetriebes, in perspektivischer Darstellung, bei
dem mehrere Federn auf einer Seite des Schwenkarmes angeordnet sind, Fig.20, 21,
22 erer mehrere Kennlinien von Schwenkgetriebeausführungen, gleich oder ähnlich
Fig. 19, bei denen die Federn ullterschiedlicEle Eigenschaften aufweisen,
Fig.23
ein Ausführungsbeispiel eines Schwenkgetriebes in perspektivischer Darstellung ,
bei dem in beiden Schwenkrichtungen Drehfeder angeordnet sind, Fig.24 ein Ausführungsbeispiel
eines Schwenkgetriebes, bei dem für beide Schwenkrichtungen nur eine Feder zugeordnet
ist, Fig.25 ein Ausführungsbeispiel eines Schwenkgetriebes mit nur einer Feder,
in Seitenansicht, Fig.26 das Ausführungsbeispiel des Schwenkgetriebes nach Fig.
25 in Draufsicht, Fig.27 Kräfteparallelogramme für das Ausführungsbeispiel nach
den Fig. 25 und 26, Fig.28 eine Ausführungsform eines Schwenkgetriebes, bei dem
die Verstellfeder nicht direkt am Getriebegehäuse befestigt ist, in Seitenansicht,
Fig.29 eine Ausführungsform des Schwenkgetriebes nach Fig. 28, in Draufsicht, Fig.30
eine Ausführungsform des Schwenkgetriebes, bei dem der Schwenkarm in der Mittelstellung
durch einen Stift gehalten wird, in Seitenansicht, Fig.31 einen Schnitt entlang
der Linie CC durch das Schwenkgetriebe gemäß Fig. 30, Fig.32 ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Schwenkgetriebes, bei dem am Schwenkarm ein Gewicht angeordnet ist, Fig.33
ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schwenkgetriebes nach Fig. 32, bei dem am
Schwenkarm zusätzlich zu dem Gewicht noch federnde Elemente, wie z.B. in den Fig.
2 und 3 dargestellt, angeordnet sind.
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In Fig. 1 ist eine prinzipielle Ausführungsform eines Schwenkgetriebes,
das sehr einfach aufgebaut ist, dargestellt. Von einer ortsfest angeordneten Antriebswelle
1 wird über eine Reibpaarung, die bei diesem Ausführungsbeispiel aus dem gel 2 und
dem Reibring 3 besteht, die Zwischenwelle 5 angetrieben,
die in
dem um die Schwenkachse 19 schwenkbaren Schwenkarm 4 drehbar gelagert ist und mit
letzterem gemeinsam schwenkt. Anstelle der aus Kegel 2 und Reibring 3 bestehenden
Reibpaarung können auch andere Keibpaarungen, z.B. solche aus Doppelkegelscheiben
nd Ringen bestehende, verwendet werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform
wird die Anpresskraft der Reibpaarung auf konventionelle Weise erzeugt, z.B. dadurch,
daß im Schwenkarm 4 mindestens eine die axiale Anpresskraft erzeugende Feder vorhanden
ist, die die Zwischenwelle 5 und damit den Reibring 3 axial an den Kegel 2 anpresst.
Es sind auch andere Anpresseinrichtungen denkbar, wie stirnseitige Anpresskurven
usw.
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Von der Zwischenwelle 5 wird über das Zahnradpaar 6 und 7 die ortsfeste
Abtriebswelle 8 angetrieben. Anstelle der Kraftübertragung mittels Zahnrädern können
auch andere Mittel, wie Reibräder, Umschlingungsgetriebe (Flach-, Keil- oder Zahnriemen)
und drgl., verwendet werden, wobei sich bei Umschlingungsgetrieben Drehsinn und
Kraftrichtungen umdrehen.
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Durch Ubertragung des Drehmomentes vom Zahnrad 6 auf das Zahnrad 7
wird ein auf den Schwenkarm 4 wirkendes Reaktionsmoment F erzeugt, das bei den in
Fig. 1 eingezeichneten Drehrichtungen der Zahnräder 6 und 7 im Uhrzeigersinn auf
den Schwenkarm 4 wirkt und diesen im Uhrzeigersinn zu schwenken versucht. Dieser
Reaktionskraft F entgegengerichtet muß eine Gegenkraft K sein, die beispielsweise
durch die Kraft einer Feder erzeugt wird. Bei einem der Weg-Kraft-Charakteristik
entsprechenden Schwenkwinkel des Schwenkarmes 4 sind die beiden Kräfte F und K im
Gleichgewicht und es hat sich in der Reibpaarung (Kegel 2 / Reibring 3) ein entsprechendes
Ubersetzungsverhältnis eingestellt.
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Fig.2 zeigt den um die Schwenkachse 19 schwenkbaren Schwenkarm 4 des
ScI'wc'-nkgetriehes. In Abhängigkeit davon, ob an der Abtriebswel ie des Scwenkgetriebes
ein positives oder ein negatives Moment abgenommen wird, wirkt auf den Schwenkarm
4 eine positive Rückstellkraft 4F oder eine negative Rückstellkraft
-F.
In Fig. 2 befindet sich der Schwenkarm 4 in der Mittelstellung. Beim Schwenkgetriebe
gemäß Fig.2 ist zu beiden Seiten des Schwenkarmes 4 eine Druckfeder 9 bzw. 9' vorhanden.
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Die sich mit einem Ende an einem Widerlager 18 bzw. 18' abstützenden
Druckfedern 9 bzw 9' greifen mit ihrem anderen Ende nicht unmittelbar am Schwenkarm
an, sondern an den um die Schwenkachse 19 schwenkbaren Schwenkbügeln 34 bzw.34'.
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Die Druckfedern 9 bzw. 9' sind derart unter Vorspannung eingebaut,
daß sie auch dann, wenn sich der Schwenkarm 4 (wie in Fig.2 gezeichnet) in Mittelstellung
befindet, Kräfte auf die Schwenkbügel 34, 34' ausüben, diese gegen die Anschläge
33, 33' drücken und somit den Schwenkarm 4 in der Mittelstellung halten.
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Bei der aus Fig.3 ersichtlichen Darstellung ist der Schwenkarm 4 aus
der Mittelstellung um das "Kreisbogenstück. b" nach rechts geschwenkt, weil auf
ihn eine positive Rückstelikraft +F ausgeübt wurde, die größer als die Vorspannung
und ein Teil der Federkraft der Feder 9 war. Aus Fig.3 ist auch erkennbar, daß die
Kraft der anderen Druckfeder - hier 9' - nicht über die Mittelstellung des Schwenkarmes
4 hinaus wirken kann, weil die Schwenkbewegung des Schwenkbügels 34' durch den Anschlag
33' gehemmt ist.
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In Fig.4 ist über die Ausschwenklänge Kreisbogenstück b" des Schwenkgetriebes
das an der Abtriebswelle abgenommene Moment aufgetragen, wobei angenommen ist, daß
die Druckfedern 9 und 9' die gleiche Federkennlinie aufweisen. Die Stellung des
Schwenkgetriebes in Fig 3 würde etwa dem "Punkt D" auf der Kennlinie in Fig.4 entsprechen.
Bei dem Moment M1 ist die Rückstellkraft F gerade so groß, daß die Vorspannkraft
der Druckfeder kompensiert wird. Erst ein Moment, das größer als M1 ist, bewirkt
ein Verschwenken des Schwenkarmes.
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Die Ausführungsform des Schwenkgetriebes gemäß Fig. 5 und 6 entspricht
in ihrer Funktion der Ausführungsform gemäß Fig. 2 und 3. Bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 5 und 6 übernehmen die Stössel 35, 35' die Funktion der Schwenkbügel
34, 34'. Die Stössel 35, 35' sind in einem Teil des Getriebegehäuses 29 längsverschiebbar
gelagert. Das dem Schwenkarm 4 zugewandte Ende der Stössel 35, 35' ist als Teller
37, 37' ausgebildet, der in eine Vertiefung am Schwenkarm 4 passt. Die Druckfedern
9,9' sind unter Vorspannung zwischen den Tellern 37, 37' und den Widerlagern 18,
18' im Getriebegehäuse 29 eingebaut.
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Der Verschiebeweg der Stößel 35, 35' ist durch die Hemmungen 36, 36',
die z.B. aus Unterlegscheiben un-d Splinten bestehen können, begrenzt.
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Eine weitere Ausführungsform mit gleicher Funktion ist aus den Fig.
7 und 8 ersichtlich. Bei dieser Ausführungsform sind die Druckfedern 9, 9' an einem
Ende mit den Befestigungsklammern 39, 39' an den Wlderlagern 18, 18' befestigt.
Uber das andere Ende der Feder 9, 9' ist jeweils eine Kappe 38, 38' gestülpt, welche
mittels nichtelastischer Zugelemente 40, 40', wie z.B.
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ein Seil, ein Draht, eine Kette oder drgl., mit dem Widerlager 18,
18' verbunden sind. Die Vorspannung der Druckfeder 9, 9' wird von der Differenz
Länge der entspannten Feder minus Länge des Zugelementes 40, 40"' bestimmt.
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Die Fig. 9 bis 13 zeigen eine Ausführungsform des Schwenkgetriebes,
bei dem als federnde Elemente Zugfedern 24, 24' verwendet sind. Wie in den Fig.
9 und 10 verdeutlicht, ist ein Ende der Zugfedern 24, 24' an den Widerlagern 18,
18' befestigt. Das andere Ende der Zugfedern 24, 24' ist mit einem Querjoch 41,
41' versehen, das bei der in Fig. 9 und -10 gezeigten Mittelstellung des Schwenkarmes
4 sowohl in den jeweiligen Einhängeösen 42, 42' am Schwenkarm 4 eingehängt ist (siehe
Fig. 9) als auch hinter den am Getriebegehäuse 29 angeordneten Anschlägen 43, 43'
liegt (siehe Fig. 11). In der
Mittelstellung des Schwenkarmes 4
stehen die Zugfedern 24, 24' unter Vorspannung, wie die Druckfedern in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen.
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Wird nun an der Abtriebswelle 8 des Schwenkgetriebes ein positives
Moment abgenommen, das M1 übersteigt, dann bewegt die Reaktionskraft F den Schwenkarm
4 gegen die Kraft der Zugfeder 24 nach rechts (Fig. 12). Das Querjoch 41 der Zugfeder
24 ist in den Einhänqeösen 42 eingehängt und kompensiert die Reaktionskraft F. Wenn
der Schwenkarm 4 nach rechts ausschwenkt, bleibt das Querjoch 41' der Zugfeder 24'
hinter den Anschlägen 43' hängen. Die Zugfeder 24' hat keine Wirkung mehr auf den
Schwenkarm 4.
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Wenn nun an der Abtriebswelle des Schwenkgetrlebes ein negatives Moment
abgenommen wird, dann schwenkt - sofern dieses Moment größer als M1 ist - der Schwenkarm
4 nach links aus (Fig. 13). In diesem Fall wird in entsprechender Weise die Zugfeder
24 unwirksam, weil das Querjoch 41 hinter den Anschlägen 43 hängen bleibt. Die Kompensation
der Reaktionskraft -F wird vollständig von der Zugfeder 24' übernommen.
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Fig. 14 zeigt Kennlinien, welche im Prinzip den Kennlinien in Fig.
4 entsprechen, jedoch unterscheiden sich hier Steigung und Vorspannung in den beiden
Schwenkrichtungen voneinander.
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Die Vorspannung kann sowohl hier als auch in den in Fig. 4, 20, 21
und 22 dargestellten Diagrammen dadurch verändert werden, daß die Halterungen der
federnden Elemente (Widerlager 18, Befestigung am Getriebegehäuse 29) verstellbar
ausgebildet sind. Dies ist durch die strichlierten Kennlinienzweige in Fig, 14 angedeutet.
Durch die Anschläge 33, 33', 43, 43' wird vermieden, daß insbesondere bei verschiedenen
Steigungen und Vorspannungen der Federkennlinien bzw. bei der Verstellung der Widerlager
18, 18' auf der einen Seite , die Feder(n) auf der anderen Seite beeinflusst wird
(werden).
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Die Fig. 15 und 16 zeigen eine Ausführungsform des Schwenkgetriebes,
bei dem die federnden Elemente zu einer Schenkelfeder 69 zusamniengefasst sincl.
In dem Ausführungsbeispiel nach F i g 15 und 16 fällt der Mittelpunkt der Feder
69 mit dem Drehpunkt des Schwenkarmes 4 zusammen.
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In der Mittelstellung des Schwenkarmes 4 (Fig. 15) liegen beide Schenkel
70 und 70' der Feder 69 sowohl am Schwenkarm 4 als auch an den Anschlägen 33 und
33' unter mehr oder weniger großer Vorspannung an. Beim Ausschwenken aus der Mittelstellung
(Fig. 16) wird der jeweilige Federschenkel 70 oder 70' durch besondere Formgebung
(z.B. Mitnahmestift 4') des Schwenkarmes 4 mitgenommen. Der andere Schenkel der
Feder 69 stützt sich am Anschlag 33 oder 33' ab und kann deshalb nicht mitschwenken.
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Ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Kennlinie der Schenkelfeder 69
in ihrer Wirkung auf den Schwenkarm 4 von einer Geraden abweicht, zeigt Fig. 17.
Der Drehpunkt (Schwenkachse 19 ) des Schwenkarmes 4 und der Drehpunkt 69' der Schenkelfeder
69 fallen in diesem Beispiel nicht zusammen. Der Mitnahmestift 4' am Schwenkarm
4 ist im Abstand rl von dessen Drehpunkt angebracht. Er greift aber im Abstand d1
an der Schenkelfeder 69 an. Beim Verschwenken verringert sich der Abstand d, zB.
im Punkt II' zum Maß d11, . Da dIr, kleiner als d1 ist, wächst die auf den Mitnahmestift
4' wirkende Federkraft nicht linear mit dem Schwenkweg b, sondern progressiv. Wird
der Drehpunkt 69' der Schenkelfeder 69 oberhalb der Schwenkachse 19 angebracht,
wächst sie degressiv. Es ist auch denkbar, beide Drehpunkte seitlich zueinander
zu versetzen.
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In Fig. 17a sind die Kennlinien von einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Kennlinie 1 : Die beiden Drehpunkte (19 und 69') fallen zusammen.
Die Folge ist eine Federkennlinie mit geradem Anstieg.
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Kennlinie 2 : Der Drehpunkt 69' der Schenkelfeder 69 ist zwischen
der Schwenkachse 19 und dem Mitnahmestift 4' angeordnet. Der Hebelarm (Abstand d)
wird beim Verschwenken größer, bei gleichem Moment der Schenkel feder 69 wird die
auf den Mitnahmestift 4' wirkende Kraft im Verhältnis kleiner, die Federkennlinie
ist degressiv.
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Kennlinie 3 : Der Drehpunkt der Schenkelfeder liegt hier unterhalb
der Schwenkachse 19. Der Hebelarm (Abstand d) wird, wie in der Fig. 17 gezeigt,
kleiner, die Federkennlinie ist progressiv.
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Kennlinie 4 : Der Federdrehpunkt 69' ist zusätzlich noch seitlich
versetzt, die Federkennlinie ist z.B. erst progressiv, später degressiv.
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Der Vorteil dieser Lösung besteht d-arin, daß nur ein federndes Element,
welches z.B. zwei Schraubenfedern ersetzt, benötigt wird. Außerdem besteht bei geschickter
Anordnung der Schenkelfeder 69 kein zusätzlicher Raumbedarf.
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Eine andere Lösung, bei der ebenfalls nur eine Feder in beiden Schwenkrichtungen
erforderlich ist, welche aber im dargestellten Beispiel keinen An- schlag besitzt,
ist die Verwendung von Gummi-Torsions- Federelementen (Fig. 18). Gummi als Federelement
besitzt den großen Vorteil einer relativ hohen Eigendämpfung, wodurch sich unter
Umständen ein zusätzliches Dämpfungselement (z.B. hydraulischer Dämpfer) erübrigt.
Jedes Gummi-Torsions-Element 44 ist an seiner einen Stirnseite fest mit dem Gehäuse
29 verbunden und auf der anderen Seii.e am Schwenkarm 4 konzentrisch zu dessen Drehpunkt
befestigt. eim Ausschwenken werden die
Gummi-Torsions-Elemente
44 in Richtung der eingezeichneten Pfeile verdreht und erzeugen ein Rückstel Imoment.
Die eventuell erforderliche zusätzliche Schwenkachse 19 in den Gummi-Torsions-Elementen
ist hier nicht dargestellt. Anstelle der Gummi-Torsions-Elemente können auch ein
oder mehrere andere federnde Elemente, z.B. Spiralfedern, gewundene Biegungsfedern
oder Torsionsfedern aus anderen Werkstoffen als Gummi verwendet werden. Andererseits
können die hier gezeigten Zugund Druckfedern auch aus Gummielementen bestehen. Es
sind auch pneumatische, hydraulische oder andere Federelemente denkbar.
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Auch andere Formen von Federn, wie z.B. Blattfedern, sind möglich.
Auch sind Federn in einem eigenen Bauteil, wie z.B. ein an dem Schwenkarm 4 angelenkter
Federzylinder, vorstellbar.
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Fig. 19 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schwenkarmes 4, bei dem
mehrere Federn 45, 46 auf einer Seite des Schwenkarmes 4 angeordnet sind. Diese
Anordnung ist selbstverständlich auch auf der anderen Seite des Schwenkarmes 4 möglich-.
Die Federn 45, 46 stützen sich an Anschlägen 47, 48 ab, die sich entlang des Schwenkweges
an verschiedenen Stellen befinden. Die Feder 45 kommt sofort zur Wirkung, die Feder
46 erst nach einem bestimmten Weg des Schwenkarmes 4 bzw. der Feder 45. Beide Federn
45 und 46 können gegen einen Anschlag 47 oder 48 vorgespannt sein. Dadurch ergeben
sich Charakteristiken, die in den Fig. 20 bis 22 dargestellt sind. Hier wird nur
eine Schwenkrichtung betrachtet.
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Fig. 20 zeigt eine Kennlinie, bei der beide Federn 45 und 46 vorgespannt
sind, bei der Bewegung des Schwenkarmes 4 in nur einer Richtung. Im unteren Teil
der Kennlinie wirkt sich zuerst nur die Vorspannung der Feder 45 und dann der verhältnismäßig
flache Anstieg der Federcharakteristik der Feder 45 aus.
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Nach einem bestimmten zurückgelegten Weg bzw. Schwenkwinkel des Schwenkarmes
4 trifft der Schwenkarm 4 auf den
Schwenkbügel 34' und verharrt
dort solange, bis zur Kraft der Feder 45 zusätzlich noch die Vorspannung der Feder
46 überwinden ist. Dann wird die Feder 46 von dem zugehiiri gen Anschlag 48 abgehoben.
Wird der Schwenkarm 4 in der gleichen Richtung weitergeschwenkt, steigt die Kennlinie,
beeinflusst durch die Charakteristiken der Federn 45 und 46 , steiler an.
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Fig. 21 zeigt die Kennlinie der Federn 45 und 46 , wobei hier nur
die Feder 45 vorgespannt ist. Nach einem bestimmten zurückgelegten Weg bzw. Schwenkwinkel
des Schwenkarmes 4 wird die Feder 46, die nicht vorgespannt ist, wirksam. Von da
an steigt die Kennlinie, beeinflusst durch die Charakteristiken der Federn 45 und
46 , steiler an.
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Fig. 22 zeigt die Kennlinie der Federn 45 und 46 , wobei hier nur
die Feder 46 vorgespannt ist, so daß die Charakteristik der Feder 45 beim Punkt
0 einsetzt und zunächst flach ansteigt. Dabei sind die geringen Kräfte auf den Schwenkarm
4 vernachlässigt, die von dem sehr stumpfen Antriebskegel 2 ausgehen. Nach einem
bestimmten zurückgelegten Weg bzw. Schwenkwinkel des Schwenkarmes 4 wird die Feder
46 von dem zugehörigen Anschlag 48 abgehoben, wenn die Vorspannung der Feder 46
überwunden ist. Wird der Schwenkarm 4 in der gleichen Richtung weitergeschwenkt,
steigt die Kennlinie, beeinflusst durch die Charakteristiken der Federn 45 und 46,
steiler an. Es ist auch denkbar, daß weder die Feder 45 noch die Feder 46 vorgespannt
sind.
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Diese Kombinationen sind sinngemäß bei allen Ausführungsbeisp elen
sowohl in einer als auch in beiden Schwenkrichtungen anwendbar. Es sind auch mehr
als zwei Federn auf jeder Seite des Schwenkarmes 4 denkbar.
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Fig. 23 zeigt ein Ausführungsbeispiel , bei dem in beiden Schwenkrichtungen
gewundene Biegefedern 50, 51 angeordnet
sind.Es sind jedoch auch
auf Drehung beanspruchbare Federn denkbar. In der Nullstellung des Schwenkarmes
4 liegen die gewundenen Biegefedern So, 51 an sich gegenüberliegenden Anschlägen
oder Widerlagern 57, 58 an, die beispielsweise über Bowdenzüge 55 einstellbar sein
können. Die Anschläge und Widerlager 59, 60 sind so gegenüberliegend angeordnet,
daß die Federn 50, 51 für die beiden Schwenkrichtungen des Schwenkarmes 4 sich nicht
gegenseitig beeinflussen. Bewegt sich der Schwenkarm 4 (hier nur symbolisch dargestellt)
in Richtung "Normalfahrt",d.h. Kraftfluss vom Motor zum Getriebe, dann wird mit
der Bewegung des Schwenkarmes 4 die zugehörige Feder 50 oder 51 vom Anschlag 59
oder 60 abgehoben und wirkt gegen den Schwenkarm 4. Die andere Feder, die für die
Schwenkrichtung "Talfahrt" oder "Bremsen", d.h. Kraftfluss vom Getriebe zum Motor,
vorgesehen ist, liegt unverändert an dem zugehörigen Anschlag an. Erst wenn der
Schwenkarm 4 in die Nullstellung zurückgeschwenkt wird, kommt die der Schwenkrichtung
"Normalfahrt" zugeordnete Feder wieder zur Anlage an ihrem Widerlager und wirkt
nicht mehr gegen den Schwenkarm 4. Wird der Schwenkarm 4 über die Nullstellung hinaus
in Richtung "Talfahrt" verschwenkt, liegt die der Schwenkrichtung "Normalfahrt"
zugeordnete Feder weiterhin unverändert an ihrem Anschlag an und die der Schwenkrichtung
"Talfahrt" zugeordnete Feder wird von ihrem Anschlag abgehoben und beginnt gegen
den Schwenkarm 4 zu wirken.
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Die Widerlager 57, 58 für beide in entgegengesetzten Richtungen wirkenden
Federn sind einstellbar und können z.B. über Bowdenzüge auch während der Fahrt verstellt
werden. Für jede Schwenkrichtung des Schwenkarmes 4 ist eine eigene Feder vorgesehen,
d.h. der Schwenkarm 4 kann in jeder Schwenkrichtung mit einer anderen Federkonstanten
und/oder einer anderen Vorspannung abgestützt werden. Die Charakteristiken der Federn
in einer oder in beiden Schwenkrichtungen können dabei so vorgesehen sein, daß die
Kennlinien nicht durch den Nullpunkt
verlaufen. Als besonders platzsparende
Variante könnte man sich vorstellen, daß eine Feder einen Außendurchmesser besitzt,
der kleiner ist als der Innendurchmesser der anderen Feder. So können beide Federn
konzentrisch ineinander liegen, wobei die obengenannten Funktionen voll erhalten
bleiben.
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Fig. 24 zeigt als Ausführungsbeispiel einen Schwenkarm 4, bei dem
für beide Schwenkrichturigen nur eine Feder zugeordnet ist.
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Die Feder 9 ist mittels Befestigungsklammern 39 am Schwenkarm 4 und
am Widerlager 18 befestigt. Wirkt die Reaktionskraft +F nach rechts, hat die Feder
9 die Funktion einer Druckfeder.
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Wirkt die Reaktionskraft -F nach links, hat die Feder 9 die Funktion
einer Zugfeder.
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Fig. 25, 26 und 27 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Schwenkarmes
4 mit nur einer Feder 24, deren Kraft der Abstützung des Schwenkarmes 4 in beiden
Schwenkrichtungen dient.
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Die Feder 24 kann zusätzlich auch die Anpresskraft A für den Reibschluss
zwischen Reibring 3 und Kegel 2 erzeugen.
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Fig. 25 zeigt einen Ausschnitt aus dem Getriebe nach Fig. 1 in Seitenansicht
und Fig. 26 die Darstellung des Getriebes nach Fig. 25 in Sicht auf die Feder 24,
wobei strichliert die Ausschwenkung des Getriebes in eine Schwenkrichtung angedeutet
ist. Fig. 27 zeigt die einzelnen Schwenkstellungen des Schwenkarmes 4 mit den sich
daraus ergebenden Kraftkomponenten.
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Die Feder 24 , die als Zugfeder ausgebildet ist, ist etwa parallel
zu den Hauptachsen 5, 19 des Getriebes angeordnet.
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Auf der einen Seite ist die Feder 24 mit dem Schwenkarm 4 und auf
der anderen Seite im Punkt 61 mit dem Gehäuse fest verbunden. Beim Schwenken des
Schwenkarmes 4 erhält die Feder 24 eine Lage schräg zur Hauptachse 5 (Fig. 26 und
27) und es wird eine Kraftkomponente K frei (Fig. 27), die mit der Verstellkraft
F des Schwenkarmes 4 unter Vernachlässigung der Kräfte,
die durch
den stumpfen Kegel 2 entstehen, im Gleichgewicht ist. Bei wachsendem Schwenkwinkel
des Schwenkarmes 4 steigt die freiwerdende Kraft K aus zwei Gründen. Einmal, weil
der Winkel zwischen der Feder 24 und der Getriebeachse 5 größer wird und zum anderen,
weil die Feder 24 zusätzlich gedehnt wird und dadurch die resultierende Federkraft
R ansteigt.
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Aus Gründen der gegenseitigen Abstimmung der einzelnen beim Schwenken
des Schwenkarmes 4 auftretenden Kräfte K und A kann der Einhängepunkt 61 der Feder
24 außerhalb des Getriebegehäuses liegen. Er kann dann in seiner Wirkung so zum
theoretischen Punkt S verlängert werden, wie in den Fig. 8 und 9 der Patentanmeldung
P 30 15 204 gezeigt. Durch asymmetrische Ausbildung des in der Patentanmeldung P
30 15 204 beschriebenen Gestänges 27, 28 bzw. der Gleitbahn 26, die natürlich auf
der anderen Seite entsprechend verlängert werden muß, ist es möglich in den beiden
Schwenkrichtungen des Schwenkarmes 4 verschiedene Kräfte K und F mit verschiedenen
Charakteristiken über den Verstellweg zu erhalten.
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Fig. 28 und 29 zeigen eine Ausführungsform, bei der eine Feder 105
nicht direkt am Getriebegehäuse befestigt ist. Fig. 28 zeigt diese Ausführungsform
von der Seite her gesehen und Fig.
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29 in Draufsicht. Diese Ausführungsform weist die Vorteile auf, daß
dadurch , daß seitlich des Schwenkarmes 4 keine Federn angeordnet sind, Platz gespart
wird und zusätzlich über die im Gehäuse befindliche Kurve jede beliebige Verstellcharakteristik,
selbstverständlich auch eine asymmetrische, für beide Schwenkrichtungen des Schwenkarmes
4 verwirklicht werden kann.
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Die Führungsstange 101 wird in zwei Führungen 102, die am Schwenkarm
4 befestigt sind, längsverschieblich, jedoch gesichert gegen Verclrehen, geführt.
An der Führungsstange 101 ist an einem Ende die Gabel 103 befestigt, in der eine
Rolle
104 gelagert ist. Die Feder 105, die sich an einer der Führungen
102 abstützt, drückt über den Bund 106 die Rolle 104 gegen die Kurvenbahn l()7 .
Die Kurvenbahn 107 ist mit dem Gehäuse verbunden, alle anderen Teile schwenken mit
dem Schwenkarm 4.
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Es ist auch eine umgekehrte Anordnung denkbar,bei der die Kurvenbahn
107 mit dem Schwenkarm 4 schwenkt und die Rolle 104 mit Führungsstange 101 über
den Führungen am Getriebegehäuse befestigt sind.
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In Fig. 29 ist die Mittelstellung I des Schwenkarmes 4 von oben in
Draufsicht dargestellt. Schwenkt der Schwenkarm- 4 in Fig. 29 nach unten (Stellung
IT, Rolle 104 ist strichpuriktiert gezeichnet), rollt die Rolle 104 entlang der
Kurve 107 bergauf" und wird nach rechts in Richtung des Re i br i nges 3 gedrückt.
Die Federkraft B wird durch den Winkel der Kurvenbahn 107 in die senkrecht auf die
Kurve wirkende Kraft C und die dabei frei werdende Gegenkraft K senkrecht zur Getriebehauptachse
zerlegt. Die Gegenkraft K steht damit wieder im Gleichgewicht zur Reaktionskraft
F. Es wird dabei, wie bereits vorher schon erwähnt, vernachlässigt, daß durch den
sehr großen Winkel des stumpfen Antriebskegels 2 ein Teil der Reaktionskraft F aufgezehrt
wird.
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Die Reaktionskraft F der Feder 105 kann sich entweder am Getriebegehäuse,
z.B. über das Schwenklager 108, abstützen (Fig.
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28) oder auch dazu verwendet werden, die Anpresskraft A für die Reibpaarung
Kegel 2 / Reibring 3 zu erzeugen. Dabei kann folgender Effekt vorteilhaft ausgenutzt
werden : Mit wachsendem Ausschlag des Schwenkarmes 4 wird der wirksame Radius am
Antriebskegel 2 kleiner, die Ubersetzung des Reibgetriebes geht mehr ins Langsame,
sie wird größer. Bei größerer Ubersetzung (z.B. Bergfahrten von Fahrzeugen oder
wachsender Durchmesser des Wickelgutes bei Wickelmaschinen) sind jedoch größere
Drehmomente an den Antriebsrädern eines Fahrzeuges erforderlich. Größere Drehmomente
erfordern größere Anpresskräfte
in der Reibpaarung Kegel 2 / Reibring
3. Mit wachsendem Ausschlag des Schwenkarmes 4 wird die Feder 105 mehr zsammengedrückt
und erzeugt somit auch eine größere Reaktionskraft A, was der oben beschriebenen
Anordnung entgegen kommt.
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Die Rolle 104 kann auch durch ein Gleitstück ersetzt werden.
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Die Kurvenbahn 107 kann z.B. auf einen Schlitten geführt und verschiebbar
angeordnet sein, so daß die Geschwindigkeit dadurch verändert werden kann, daß die
Kurvenbahn mit einem Bowdenzug verstellt wird.
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Es ist auch möglich, die Führungsstange 101 anders als parallel zur
Schwenkachse 19 anzuordnen, z.B. radial wie ein Uhrzeiger. Dann hat die Kurvenbahn
107 die Form ähnlich eines Deckengewölbes. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß
die Form der Kurve der Kurvenbahn 107 unabhängig vom Winkel des Kegels 2 ist.
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Die in den Fig. 18, 24, 25 bis 27 dargestellten Ausführungsbeispiele
haben in der Mittelstellung des Schwenkarmes 4 keinen Anschlag, der die vorher beschriebenen
Vorteile bietet.
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Derartig ausgebildeten Getrieben solche Vorteile zu geben, dient die
in den Fig. 30 und 31 dargestellte Anordnung.
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Fig. 30 zeigt die Seitenansicht und Fig. 31 zeigt einen Schnitt C-C
durch den Schwenkarm 4 . In Fig. 30 ist der Übersicht wegen diese Anordnung nicht
eingezeichnet.
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Fig. 31 zeigt den Schwenkarm 4 im Schnitt mit der Kerbe 76 in die
ein Stift 78 mit der Spitze 75 in der Mittelstellung I des Schwenkarmes 4 einrastet.
Der Stift 78 ist im Gehäuse in der Bohrung 79 geführt und wird mittels Feder 77
an den Schwenkarm 4 gedrückt. Wenn der Schwenkarm 4 aus seiner Mittellage schwenken
will, muß er erst den Stift 78 zurückdrücken. Das
erforderliche
Moment (Reaktionskraft F), das notwendig ist, um den Stift 78 zurückzudrücken, wird
durch die Feder 77 und den Schrägungswinkelo< bestimmt. Für die beiden Kraftflüsse
können verschiedene Schrägungswinkel o( und o(1gewählt werden, wenn verschiedene
Reaktionskräfte +F und -F gewünscht werden, bei deren Erreichen der Schwenkarm 4
zu schwenken beginnt.
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Anstelle der Spitze 75 kann auch eine Rolle 104, wie in den Fig. 28
und 29 gezeigt, verwendet werden. Auch hier können die Befestigungsarten - Stift
75 mit Feder77 im Schwenkarm 4 , Kerbe 76 im Getriebegehäuse - vertauscht werden.
Auch ist hier eine andere Lage des Stiftes 78, z.B. radial, möglich, wie vorher
bei Fig. 28 und 29 beschrieben.
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Es ist auch möglich, die in Fig. 28 bis 31 gezeigte Rolle 104 bzw.
die Spitze 75 oder ein ähnliches Gleitstück anstelle einer Feder, z.B. 105 oder
77, mittels eines Gewichtes G oder anderweitig (z.B. durch ein Magnetfeld) an das
Gegenstück (z.B. Kurvenbahn 107, Kerbe 76) zu drücken. Entsprechende Umlenkmittel,
die die Schwerkraft des Gewichtes G auf die Rolle bzw. Spitze leiten, sind allgemein
bekannt.
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Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind auch verschiedene andere
Kombinationen denkbar, z.B. beide Federn für die beiden Kraftflüsse können auf einer
Seite angeordnet sein, beispielsweise eine Feder als Druckfeder für die eine und
die zweite Feder als Zugfeder für die andere Schwenkrichtung des Schwenkarmes 4
Ein Ausführungsbeispiel eines Schwenkgetriebes, bei dem am Schwenkarm ein Gewicht
angeordnet ist, zeigt Fig. 32. Ein Gewicht G ist an dem Schwenkarm 4 über den Drehpunkt
(19) hinaus angeordnet. Der Schwenkarm 4 ist in Fig. 32 in positiver Richtung verschwenkt
dargestellt. In diesem Beispiel wird das Gewicht G von der Mittelstellung des Schwenkarmes
4 aus in die dargestellte Lage beim Schwenken des Schwenkarmes 4
angehoben.
Das Gewicht G erzeugt dabei eine Gegenkraft. Beim Schwenken des Schwenkarmes um
ein Kreisboqenstück b (in beiden Richtungen) findet der Scliwenkarin 4 eine Anlage
an den verstellbaren Anschlägen 63 bzw. 63'.
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In Fig. 33 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schwenkgetriebes
dargestellt, bei dem zusätzlich zu dem Gewicht G am Schwenkarm 4 (siehe Fig. 32)
noch federnde Elemente, wie z.B.
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in den Fig. 2 und 3 dargestellt, angeordnet sind.
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Die in den Fig. 32 und 33 dargestellten Ausführungsbeispiele können
insbesondere in stationären Getrieben verwendet werden.
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Es ist auch möglich das Gewicht G so zu teilen, daß der eine Teil
in der einen Schwenkrichtung und der andere Teil in der anderen Schwenkrichtung
des Schwenkarmes 4 wirkt, wobei ebenfalls, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
mit Federelementen dargestellt und beschrieben, Mittel vorhanden sein können, die
die Beeinflussung der nach der einen Richtung durch Schwenken des Gewichtes entstehenden
Kraft durch die in der anderen Schwenkrichtung entstehende Kraft und umgekehrt verhindern.
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Wird das Getriebe einer Beschleunigung bzw. einer Verzögerung durch
Normal-, Bergoder Talfahrt unterworfen, dann entsteht eine Kraft +F' oder -F' aus
der Gewichtsmasse ni und der jeweiliegen Beschleunigung +a bzw. Verzögerung -a.
Die Kraft +F' oder -F' kann allein schon ein Verschwenken des Schwenkarmes 4 erzielen,
jedoch wird sie sich praktisch zu der durch das eingeleitete Motordrehmoment erzeugten
Kraft +F oder -F addieren bzw. von dieser subtrahieren, so daß im Prinzip durch
entsprechende Wahl von Gewicht, Hehelarin und eventuell Federelemenl alle gewiinschten
Fahrzustände erreicht werden können.
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Die Gegenkraft K kann auch durch magnetische Felder erzeugt werden.
Die Größe dieser Gegenkraft K kann entweder vom
Winkelausschlag
(= Länge des Kreisbogenstückes b) des Schwenkarmes 4 und/oder von anderen Größen
außerhalb des Getriebes z.B. Motordrehzahl, Fahrgeschwindigkeit von Fahrzeugen oder
Zugkraft im Wickelgut - wie z.B. Wickel durchmesser bei Wickeln von Spulen in Wickelmaschinen
- abhängen. Es sind alle Arten von Magneten, wie z.B. Permanent- oder Elektromagnete,
denkbar. Ebenso Kombinationen der einzelnen Magnetarten untereinander mit oder ohne
zusätzliche Federelemente und/oder Gewichte.
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Diese Magnete bzw. die durch diese erzeugten Magnetfelder können entweder
direkt im Schwenkarm und/oder im Gehäuse oder auch in einem besonderen, an dem Schwenkarm
angelenkten, Bauteil untergebracht sein.
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Bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen können die federnden
Elemente durch andere eine Gegenkraft erzeugenden Elemente, wie Gewichte oder durch
Magnete erzeugte l(raftfelder, ersetzt werden.
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Die einzelnen Getriebestufen oder die ganze Getriebeausführung des
in dieser Anmeldung beschriebenen und dargestellten Schwenkgetriebes kann sowohl
nasslaufend als auch trockenlaufend ausgebildet sein.
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Bezugszeichen: : 1 Antriebswelle 2 Kegel 3 Reibring 4 Schwenkarin
4' Mitnahmestift 5 Zwischenwelle 6 Zahnrad 7 Zahnrad 8 Abtriebswelle 9 Druck feder
18 Widerlager 18' Widerlager 24 Zugfeder 24' Zugfeder 29 Getriebegehäuse 33 Anschlag
33' Anschlag 34 Schwenkbügel 34' Schwenkbügel 35 Stössel 35' Stössel 36 Hemmung
36' Hemmung 37 Teller 37' Teller 38 Kappe 38' Kappe 39 Befestigungsklammer 39' Befestigungsklammer
40 Zijgelement 40 Zugelement A Anpresskraft B Kraft C Kraft F Reaktionskraft K Gegenkraft
R Federkraft b Kreisbogenstck + a Beschleunigung -a Verzögerung M1 Moment rl Abstand
dI Abstand d Abstand I Mittelstellung II Stellung II' Stellung Schrägungswinkel
Schrägungswinkel G Gewicht m Gewichtsmasse D Punkt
41 Querjoch
4 1 Querjoch Q u e r j o c t0 42 Einhängeöse 42' Einhängeöse 43 Anschlag 43' Anschlag
44 Gummi-Torsions-Element 45 Feder 46 Feder 47 Anschlag 48 Anschlag 50 Biegefeder
51 Biegefeder 57 Widerlager 58 Widerlager 59 Anschlag 60 Anschlag 61 Einhängepunkt
63 Anschlag 63' Anschlag 69 Schenkel feder 69' Drehpunkt 70 Federschenkel 70' Federschenkel
75 Spitze 76 Kerbe 77 Feder 78 Stift 79 Bohrung 101 Führungsstange 102 Führung 103
Gabel 104 Rolle 105 Feder 106 Bund 107 Kurvenbahn
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