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Hebelantrieb
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Die Erfindung dient dazu, den Antrieb insbesondere muskelbetätigter
Geräte, zum Beispiel Pumpen, Seilwinden, speziell aber Fahrzeuge, zu verbessern.
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Bisher werden fast ausnahmslos Kurbel oder Schwingkurbelgetriebe verwendet,
um aus hin- und hergehenden Bewegungen Drehbewegungen mit konstantem Drehsinn zu
erzeugen, Diese Getriebe zeichnen sich durch große Einfachheit aus, aber auch durch
Eigenschaften, die weniger vorteilhaft sind wie Sinusfunktion, Totpunkte, zufälliger
Drehsinn, konstanter Hubg Freilaufprobleme.
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Daher sind auch Getriebe bekannt geworden9 die ohne Anwendung einer
Kurbel aus hin- und hergehender Bewegung eine Drehbewegung konstanten nrehsinns
erzeugen. Zum Beispiel durch Anwendung eines Richtgesperres zwischen Antriebshebel
und Abtriebswelle (OS 2532732).
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Solche Getriebe nutzen jedoch nur eine der beiden hin- und hergehenden
Rewegungen aus und erfordern stets Leerhübe zwischen den Arbeitshüben. Statt dieser
"einfach wirkenden" Antriebe werden nachfolgend nur noch doppelt wirkende" Antriebe
erörtert, die also den Hin- und den Herhub des Antriebshebels in Drehmoment umwandeln
können.
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Zum Antrieb von Nähmasehinen usw. wurde vorgeschlagen, zwei Richtgesperre
auf die Abtriebswelle zu setzen und diese mittels einer
Doppelzahnstange
oder mittels zweier Schubstangen stets gagenläufig durch hin- und hergehende Antriebsbewegung
zu betreiben (PS 12766). Für Fensterheber wurde der gegenlaufige Antrieb zweier
Richtgesperre durch drei Kegelräder vorgeschlagen (OS 2546798).
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Die Erfindung geht von den beiden letztgenannten Schutzrechten aus,
wobei die Erzeugung der gegenläufigen Bewegung weiter vereinfacht wird. Anstelle
der beiden Schubstangen mit ihrer geraden oder bogenförmigen Führung oder anstelle
der ziemlich teuren Kegelräder werden erfindungsgemäß nur noch zwei normale Stirnräder
oder Zahnsegmente benötigt, die je ein Richtgesperre tragen, die kraft- oder formschlüssig
auf den Umfang eines Rades wirken.
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Das Prinzip der Erfindung sei an einem ausgeführten Beispiel näher
erläutert: In Fig. 1 ist der Längsschnitt und in Fig. 2 der querschnitt eines Antriebs
mit gegenläufigen Richtgesperren dargestellt. Hier handelt es sich um ein anzutreibendes
Rad (1), das durch Speichen (2) mit der Radnabe (3) verbunden ist. Durch bildlich
nicht dargestellte Kugellager läuft die Radnabe (3) auf der festen Radachse (4)
um, die ihrerseits fest mit dem Getriebekasten (5) verbunden ist, Im Getriebekasten
(5) sind zwei vorzugsweise gleichgroße Zahnsegmente (6) gelagert, an deren Wellenenden
je ein Hebel (7) befestigt ist. Die Hebel (7) tragen Lagerzapfen (8), auf denen
Klinken (9) schwenkbar befestigt sind.
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Diese Klinken (9) werden durch Federn (10) mit geringer Kraft im Uhrzeigersinn
gegen das Rad (1) gedrückt. Mit dem linken der bei den Hebel (7) ist die Antriebsstange
(11) fest verbunden.
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Durch Bewegung der Antriebsstange in Gegenzeigerrichtung wird der
linke der beiden Hebel (7) mitgenommen, wodurch sich mittels der beiden Zahnsegmente
(6) der rechte der beiden Hebel (7) im Uhrzeigersinn bewegt. Die beiden Hebel (7)
drehen sich also gegenhäufig und nehmen ihre Klinken (9) mit. Hierbei klemmt sich
die linke Klinke (9) in ansich bekannter Weise am Rad (1) fest, sodaß dieses im
Gegenzeigersinn mitgenommen wird, während die rechte Klinke (9) entgegen der Drehung
des Rades (1) an diesem entlang gleitet. Wenn die Antriebsstange (11) die gestrichelte
waagerechte
Endposition erreicht hat und nunmehr in umgekehrter
Richtung, d.h. im Uhrzeigersinn zurückbewegt wird, dann gleitet die linke der beiden
Klinken (9) auf dem Rad (1) entlang, während die rechte Klinke (9) durch Drehung
des rechten Hebels (7) im Gegenzergersinn sich am Rad (1) festklemmt und dieses
im Gegenzeigersinn mitnimmt. Das Rad (1) wird also stets im Gegenzeigersinn angetrieben,
gleichgültig ob die Antriebsstange (11) im Uhrzeiger-oder im Gegenzeigersinn angetrieben
wird.
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Um eine zuverlässige Mitnahme des Rades (1) durch (abwechselnd) eine
der beiden Klinken (9) zu gewährleisten, muß der Tangens des Anstellwinkels der
Klinken (9) in ansich bekannter Weise stets kleiner sein, als der Reibwert zwischen
den Klinken (9) und dem Rad (1). Dies ist hier besonders beachtenswert, weil die
Achsmitten der Zahnsegmente (6) nicht mit der Radachse (4) zusammenfallen und sich
daher der Anstellwinkel der Klinken (9) während der Schwenkbewegung der Hebel (7)
wandert. In Ausgestaltung der Erfindung ist daher die Stirnfläche (20) der Klinken
(9) so geformt, daß sich diese bei Änderung des Anstellwinkels auf dem Rad (1) derart
abwälzt, daß eine Verschiebung des Angriffspunktes zwischen Klinke (9) und Rad (1)
stattfindet, die die genannte Änderung hinlänglich kompensiert.
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Der erfindungsgemaße Antrieb hat noch weitere vorteilhafte, systemtypische
Merkmale und er kann für spezielle Anwendungen noch mit weiteren Eigenschaften ausgestattet
werden. Systemtypische Merkmale sind Freilauf und automatische Rücklaufsperre sowie
die stufenlose Gangschaltunge Die Freilaufwirkung ist aus Fig, 1 zu erkennen: Das
Rad (1) kann sich (z.B. bei Talfahrt) im Gegenzeigersinn drehen, ohne daß die Antriebsstange
(11) und damit die Hebel (7) angetrieben werden.
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Hierbei gleiten die Klinken (9) nur leicht durch die Federn (10) angedrückt
auf dem Rad (1). Die Winkelposition der Hebel (7) ist hierbei unerheblich.
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Die Funktion der Rücklaufsperre ist ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich.
Bei Bewegung des Rades (1) im Uhrzeigersinn, wie sie z,B.
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beim Halten am Berg auftreten könnte, verklemmen sich die beiden Klinken
(9) am Rad (1). Da auch die beiden Hebel (7) wegen ihrer durch die Zahnsegmente
(6) erzwungenen Gegenläufigkeit nicht ausweichen können, ist das Rad (1) außerstande,
sich im Uhrzeigersinn zu drehen. Dies trifft auch für jede andere Stellung der Hebel
(7) zu: die Rücklaufsperre ist daher unabhangig von der zufälligen tilinkelstellung
der Hebel (7) und der Antriebsstange (ii).
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Die stufenlose Gangschaltung ergibt sich aus der systemtypischen Eigenschaft
des erfindungsgemäßen Antriebs, an keinen konstanten Retätigungswinkel gebunden
zu sein (im Gegensatz zum anwendungstechnisch konkurrierenden Schwingkurbelantrieb).
Konstanten Betätigungsweg und konstante Betätigungsfrequenz vorausgesetzt wird daher
mit kurzer Antriebsstange (11) ein großer Betätigungswinkel und große Drehzahl bei
kleinem Drehmoment erzeugt, während bei verlängerter Antriebsstange (11) ein kleiner
Betätigungswinkel mit kleiner Drehzahl bei großem Drehmoment erreicht wird.
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Diese Merkmale einer echten Gangschaltung lassen sich durch simples
Verlängern der Antriebsstange (11) oder durch Verschieben des Kraftangriffspunktes
an dieser realisieren.
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Der erfindungsgemäße Antrieb kann noch durch weitere Funktionen ergänzt
werden. Für manche Anwendungen ist es vorteilhaft, die systemtypische Rücklaufsperre
aufheben zu können. Hierzu dienen Anschlage (12) und (13), die mit den Schaltnasen
(14) und (15) der Klinken (9) ein Abheben der Klinken (9) vom Rad (1) bewirken,
wenn sich die Antriebsstange (11) in der (waagerecht gestrichelten) unteren Endposition
befindet, In dieser Position werden die Klinken (9j vom Rad (1) abgehalten, so daß
dieses sich in beiden Drehrichtungen frei bewegen kann. Das ist zum Beispiel für
Fahrzeuge vorteilhaft, um rückwärts rangieren zu können. Auch bei Hebezeugen kann
eine Abschaltfähigkeit der Rücklaufsperre vorteilhaft sein, Weiterhin kann der erfindungsgemäße
Antrieb zum Bremsen eingerichtet werden. Hierzu dienen die Dremsnasen (16) und (17)
der Klinken
(9). Sie stoßen bei der oberen Endposition der Antriebsstange
(11) an die Flächen (18) und (19) der Hebel (7), wodurch die Klinken (9) im Uhrzeigersinn
geschwenkt werden und sich am Rad (1) festklemmen, auch wenn dieses sich im Gegenzeigersinn
bewegt. Die hierdurch verursachte Bremswirkung ist um so stärker, je größer der
Druck der Antriebsstange im Uhrzeigersinn ist. Ergonomisch vorteilhaft ist, daß
zu Fahren und Bremsen das Betätigungsglied nicht gewechselt werden muß.
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Für manche Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn Antriebsstange (11)
und Rad (1) sich nicht mit gleicher Drehzahl bewegen. Dem kann abgeholfen werden,
wenn die Antriebsstange (11) nicht an einem der Hebel (7) befestigt wird, sondern
mit eigenem Zahnrad so gelagert wird,daß dieses in eins der Zahnsegmente (6) eingreifen
kann. Je nach Durchmesser dieses eigenen Zahnrades kann hiermit die Grundübersetzung
dem speziellen Anwendungsfall angepaßt werden. Für den Fall daß im Zug- und Druckhub
an der Antriebsstange (11) unterschiedliche Drehmomente wünschenswert sind, können
die Teilkreisradien der Zahnsegmente (6) unterschiedlich groß sein.
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Ein Rückwärtsgang des erfindungsgemäßen Antriebs kann durch Drehung
der Klinken (9) um eine in Längsrichtung der Hebel (7) verlaufende Achse in eine
zur Darstellung in Fig. 1 spiegelbildliche Position erreicht werden.
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Zu erwähnen ist noch, daß das in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Speichenrad
nur einen Anwendungsfall von vielen darstellt. Bei Verwendung eines Scheibenrades
könnte zum Beispiel auf die Schrägstellung der Hebel (7) verzichtet werden und der
ganze Antrieb innerhalb des Scheibenrades untergebracht werden. Eine andere Ausführung
des erfindungsgemäßen Antriebs ergibt sich, wenn die Hebel (7) über den Außendurchmesser
des Rades (1) hinaus verlängert werden und die Klinken (9) auf den Außenumfang des
Rades (1) wirken, wobei alle geschilderten Eigenschaften des Antriebs erhalten bleiben
Aus
der vorligenden Beschreibung ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Hebelantrieb
mit bemerkenswert wenigen Bauteilen eine Fülle von Funktionen erfüllen kann, nämlich
- Drehmomenterzeugung im Zug- und Druckhub - keine Sinusfunktion - keine Totpunkte
- freier Eetätigungswinkel - Freilauf - automatische Rücklaufsperre - Abschaltbarkeit
der Rücklaufsperre - eindeutiger Drehsinn des Rades - anpaßbare Grundübersetzung
- stufenlose Gangschaltung - Rückwärtsgang - Bremsen