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Insbesondere,
doch nicht ausschliesslich, kann die Erfindung zum Kuppeln von Zahngetrieben verwendet
werden, zum Beispiel bei Nebenantrieben in Kraftfahrzeugantrieben.
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Insbesondere
muss der Linearantrieb nach der Erfindung, wenn er an einer Getriebekupplung angebracht
ist, in der Lage sein, einen präzise
abgestimmten, folgerichtigen Kupplungsbetrieb zu steuern, bei welchem
ein axial bewegliches Zahnrad in Kontakt mit einem axial feststehenden
Zahnrad in Kontakt gebracht und gegen letzteres gedrückt gehalten
wird, bis durch die Wirkung einer entsprechenden Umdrehung die Zähne von
einem Rad mit denen des anderen übereinstimmen
und ein Eingriff erfolgt. Der Antrieb nach der Erfindung muss ebenfalls
eine Anschlagphase enthalten, in welcher der Eingriff vervollständigt wird,
sowie einen Rücklauf
zum Entkuppeln. Viele und unterschiedliche Lösungen sind nach dem Stand
der Technik für
Linearantriebe vorgesehen, die in der Lage sind, die folgenden Funktionen auszuüben: zum
Beispiel beschreibt
EP 0 936
380 einen Antrieb, welche eine Reihe von Problemen löst und die
Nachteile der Antriebe nach der bekannten Technik vermeidet.
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Das
dem Stand der Technik nächstliegende Dokument GB
2359871 beschreibt einen Linearantrieb, enthaltend:
zwei Kammern,
die eine Betriebsflüssigkeit
enthalten;
zwei bewegliche Elemente, eins für jede der beiden Kammern,
von welchen jedes der beweglichen Elemente eine Seite der Kammer
abgrenzt und axial entlang eines abgedichteten Gleitsitzes mit einem
abgedichteten Gleitsitz der Kammer verschiebbar ist, wobei die beiden
beweglichen Elemente auf solche Weise miteinander verbunden sind,
dass die Bewegung des einen der beweglichen Elemente die Bewegung des
anderen der beweglichen Elemente bestimmt;
und wobei wenigstens
eins der beweglichen Elemente dazu bestimmt ist, an einen äusseren
Verbraucher angeschlossen zu werden;
eine Pumpe, welche die
Betriebsflüssigkeit
aus einer der beiden Kammern in die andere der beiden Kammern transferiert,
und zwar durch eine Einlassleitung, um die beiden beweglichen Elemente
in einer Richtung zu bewegen;
eine Umlaufleitung, welche die
beiden Kammern miteinander in Verbindung bringt, um die Herstellung
eines geschlossenen Umlaufs zu ermöglichen, insbesondere in einer
Situation, in welcher die beiden beweglichen Elemente stillstehen
und die Pumpe aktiviert ist.
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Die
Lösungen
nach dem Stand der Technik, einschliesslich
EP 0 936 380 , können jedoch auf verschiedene
Weisen verbessert werden.
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Zunächst kann
eine Verbesserung betreffend die konstruktive Einfachheit und die
Reduzierung der Abmessungen erreicht werden.
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Zweitens
kann die Manövrierfähigkeit
für den Bediener
verbessert werden.
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Drittens
ist eine Verbesserung der funktionellen Zuverlässigkeit möglich.
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Hauptzweck
der vorliegenden Erfindung ist, die oben erwähnten Begrenzungen und Nachteile der
bekannten Technik zu vermeiden.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass sie einen Antrieb vorsieht, welcher
konstruktionsmässig
einfach und von kleinen Abmessungen ist.
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Ein
weiterer Vorteil besteht in der Leichtigkeit und Unverzüglichkeit,
mit welcher der Antrieb betätigt und
gesteuert werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil ist die Zuverlässigkeit
des Antriebs nach der Erfindung.
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Diese
Zwecke und Vorteile und noch andere werden alle erreicht durch die
vorliegende Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen gekennzeichnet
ist.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher
aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung einer vorgezogenen,
doch nicht ausschliesslichen Ausführungsform der Erfindung hervor,
dargestellt rein als ein nicht begrenzendes Beispiel in den Abbildungen
der beiliegenden Zeichnungen, von welchen:
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1 einen
Schnitt von einer Ausführung der
Erfindung nach der Linie I-I aus 2 zeigt;
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2 zeigt
einen Schnitt nach II-II aus 1;
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3 zeigt
einen Schnitt nach III-III aus 2.
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Unter
Bezugnahme auf die Abbildungen der Zeichnungen ist mit 1 in
seiner Gesamtheit ein Linearantrieb bezeichnet, enthaltend einen
Hauptkörper 2,
der an zwei entgegengesetzten Enden zwei koaxiale zylindrische Buchsen 3 trägt. Jede
Buchse weist im Inneren einen Gleitsitz für ein axial bewegliches Element 4 oder
einen Kolben auf, welches wenigstens einen seitlichen Dichtungsring
hat. Die beiden entgegengesetzten Gleitsitze, wie auch die beiden beweglichen
Elemente 4, welche in diesen gleiten, sind koaxial und
ihre Querschnitte von gleichen Bereichen.
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Der
Antrieb 1 hat zwei sich gegenüberliegende zylindrische Kammern 5 von
veränderbarem
Volumen, die mit der Betriebsflüssigkeit
gefüllt
sind. Jede Kammer 5 ist seitlich durch einen jeden der
beiden Gleitsitze abgegrenzt und an den Enden durch zwei sich gegenüberliegende
Basisflächen:
wobei
eine bewegliche Basisfläche
eine interne Fläche
des beweglichen Elementes 4 ist und eine feststehende Basisfläche an dem
Hauptkörper 2 angeordnet
ist.
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Zwei
Leitungen befinden sich zwischen den beiden Kammern 5 mit
veränderbarer
Konfiguration: eine erste Einlassleitung 6 und eine zweite
Umlaufleitung 7. Beide Leitungen 6 und 7 bringen
die beiden mit Flüssigkeit
gefüllten
Kammern 5 in gegenseitige Verbindung miteinander. Jede
Leitung 6 und 7 weist entgegengesetzte Enden auf,
welche in den Kammern 5 an den feststehenden Basisflächen am
Ende des Hauptkörpers 2 münden.
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Die
Umlaufleitung 7, welche die beiden Kammern 5 miteinander
in Verbindung bringt, kann anders ausgeführt sein als die in den Abbildungen
der Zeichnungen dargestellte Ausführung. Zum Beispiel könnte sie
durch Vergrösserung
des Querschnittes der Bohrung erhalten sein, welche die Aufnahme
der Verbindungsstange 9 bildet, und zwar über den
unbedingt notwendigen Querschnitt hinaus, um die entsprechende,
axial gleitende Kupplung zu ermöglichen.
Jedes bewegliche Element 4 weist an seiner eine Kammer 5 begrenzenden
internen Fläche
eine Vertiefung 8 auf, welche garantiert, dass die Kammer 5 niemals
ein Null-Volumen erreicht, auch nicht in der Endanschlagsposition
des beweglichen Elementes 4 (rechtsseitig in 3;
linksseitig in 1).
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Die
beiden beweglichen Elemente 4 sind miteinander verbunden
und hängen
so voneinander ab, dass, wenn sich das eine bewegt, auch das andere verschoben
wird. Mit anderen Worten, wenn eins der beweglichen Elemente 4 einer
Kraft unterliegt, die es bewegt, auch das andere bewegliche Element 4 mit in
Bewegung gezogen wird.
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Vorzugsweise
ist die Verbindung zwischen den beiden beweglichen Elementen 4 starr,
wie bei der beschriebenen Ausführung,
bei welcher die beweglichen Elemente 4 fest miteinander
verbunden sind, und zwar durch eine starre Verbindungsstange 9,
die sich in einer Richtung parallel zu der Verschiebeachse der beweglichen
Elemente 4 erstreckt. Die Verbindungsstange 9 hat
entgegengesetzte Enden, welche an den beiden beweglichen Elementen 4 befestigt
sind, wobei sie die beweglichen Elemente 4 fest miteinander
verbunden hält.
Die Verbindungsstange 9 ist in eine in dem Hauptkörper 2 aufgewiesene
durchgehende Bohrung eingesetzt und in dieser axial verschiebbar.
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Eine
Pumpe 10 transferiert umsteuerbar eine Flüssigkeit
von einer Kammer in die andere durch die Einlassleitung 6,
wobei sie wahlweise die beweglichen Elemente 4 in der einen
oder der anderen Richtung verschiebt. Die Pumpe 10 ist
wenigstens teilweise in einem inneren Hohlraum des Hauptkörpers 2 gelagert.
Die Pumpe 10 der vorliegenden Erfindung ist eine Verdrängungs-Kreiselpumpe,
enthaltend wenigstens ein in der Einlassleitung 6 arbeitendes
Gebläse.
Das Gebläse
ist vorzugsweise (wie gezeigt) vom verzahnten Typ. Die Pumpe 10 wird
durch einen Motor 11 in Umdrehung versetzt, letzterer montiert
in einem fest mit dem Hauptkörper 2 verbundenen
Gehäuse.
Die Umlaufleitung 7, zusammen mit der Einlassleitung 6,
bildet einen geschlossenen Hydraulikkreis, der auch die beiden Kammern 5 mit
einbezieht. Dieser geschlossene Kreis ist besonders vorteilhaft in
einer Situation, in welcher die beweglichen Elemente 4 stillstehen
und die Pumpe 10 im Betrieb ist, wie nachstehend besser
erläutert
wird.
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Die
Umlaufleitung 7 und die Einlassleitung 6 sind
so ausgebildet, dass ein Verlust an Ladung oder ein Verlust an totalem
Druck in der Umlaufleitung 7 grösser ist als in der Einlassleitung 6:
dieser Zustand kann bekanntlich auf verschiedene Weisen erreicht werden:
zum Beispiel kann der Durchmesser der Umlaufleitung 7 gleichbleibend
und kleiner sein als der ebenfalls gleichbleibende Durchmesser der
Einlassleitung; oder die Umlaufleitung 7 kann eine oder mehrere
Drosselungen haben. Wie in dem gezeigten Beispiel, hat die Umlaufleitung 7 vorzugsweise
drei Abschnitte von unterschiedlichen Durchmessern, verbunden durch
einen mittleren Leitungsabschnitt mit zwei plötzlichen Wechseln des Durchmessers, wo
der mittlere Abschnitt sich mit den Abschnitten des grösseren Durchmessers
verbindet. Diese plötzlichen
Wechsel der Durchmesser haben die Aufgabe von lokalisierten Widerständen. Der
schmalste Abschnitt der Umlaufleitung 7 (d.h. der mittlere
Abschnitt) ist kleiner als der vorzugsweise gleichbleibende Durchmesser
der Einlassleitung 6. Die Verluste an Ladung in der Umlaufleitung 7 sind
vorzugsweise bedeutend und entschieden grösser als die Verluste an Ladung
in der Einlassleitung 6, mit dem Ergebnis, dass die Gesamtwiderstände (kontinuierlich oder
lokalisiert) gegenüber
der Flüssigkeitsbewegung
entlang der Umlaufleitung 7 erheblich grösser sind
als die Gesamtwiderstände
entlang der Einlassleitung 6. Zu diesem Zweck kann der
Durchmesser des schmalen mittleren Abschnittes der Umlaufleitung 7 zum
Beispiel weniger als ein Drittel des Durchmessers der Einlassleitung 6 betragen,
oder vorzugsweise weniger als ein Fünftel. Der Durchmesser der
grösseren
Endabschnitte der Umlaufleitung 7 kann zum Beispiel ungefähr gleich
wie der Durchmesser der Einlassleitung 6 sein. Die beiden
Endabschnitte könnten
auch den gleichen Durchmesser wie der mittlere Abschnitt haben.
Wenigstens eins der beiden beweglichen Elemente 4 (in diesem
Falle das bewegliche Element 4 links in den 1 und 3)
ist dazu bestimmt, an einen äusseren
Verbraucher angeschlossen zu werden (zum Beispiel durch eine Schraubverbindung),
welcher zum Beispiel ein axial verschiebbares Zahnrad einer Getriebekupplung
(von bekanntem Typ und nicht gezeigt) für einen Nebenantrieb sein könnte. Zu
diesem Zweck ist das bewegliche Element 4 mit geeigneten Mitteln
von bekanntem Typ versehen, um diese Verbindung herzustellen. Der
Linearantrieb 1 ist jedoch generell anwendbar für den Antrieb
einer umkehrbaren Axialverschiebung eines jeden beliebigen Läufers.
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Der
Antrieb arbeitet wie folgt.
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Um
den Vorschub von einem an eins der beweglichen Elemente 4 angeschlossenen
Läufer
auszulösen
(in diesem Falle ist unter „Vorschub" eine Verschiebung
nach links verstanden, wie durch den Pfeil F angezeigt ist), wird
von der vollkommen zurückgezogenen
Endanschlagposition ausgegangen, in welcher eine Kammer 5 (rechts
in 1) ihr maximales Volumen aufweist, und die entgegengesetzte Kammer 5 (links
in 1) ihr geringstes Volumen aufweist. Die Betätigung der
Pumpe 10 in einer Richtung bewirkt das Transferieren der
Betriebsflüssigkeit von
einer Kammer 5 in die andere Kammer 5 durch die
Einlassleitung 6, an welcher die Pumpe 10 arbeitet,
und die folgliche Verschiebung des beweglichen Elementes 4 in
Richtung F. Während
dieser Phase, wenn die beweglichen Elemente 4 (insbesondere das
bewegliche Element 4, welches im Betrieb dem Läufer oder
dem äusseren
Verbraucher zugeordnet ist) mit ihrer Bewegung auf keinen Widerstand
treffen (oder auf jeden Fall nur auf einen Widerstand von geringem
Umfang), ist der Durchlauf von Flüssigkeit entlang der Umlaufleitung 7 gleich
Null oder unbedeutend oder auf jeden Fall geringer als der Durchlauf
von Flüssigkeit
in der Einlassleitung 6; somit werden die beweglichen Elemente 4 durch
die Wirkung der Pumpe 10 verschoben. Wenn wenigstens eins der
beweglichen Elemente 4 auf einen starken Widerstand stösst (zum
Beispiel, wenn in einer Getriebekupplung das durch den Antrieb mitgezogene Zahnrad
an einem Punkt auf das feststehende Rad trifft, wo die beiden Räder nicht
perfekt zueinander ausgerichtet sind und daher nicht ineinander
greifen können),
bleiben die beweglichen Elemente 4 stehen, während die
Pumpe 10 sich weiter dreht. In diesem Zustand des Gleichgewichts
setzt automatisch ein vollständiger Umlauf
der Flüssigkeit
ein, und zwar mit dem Ergebnis, dass der Durchlauf der Flüssigkeit in
einer Richtung entlang der Einlassleitung 6 im wesentlichen
gleich dem Durchlauf der Flüssigkeit
ist, die durch die Umlaufleitung 7 zurück läuft. Sobald der Widerstand
gegen die Verschiebung der beweglichen Elemente 4 aufhört (zum
Beispiel durch das Ineinandergreifen der Zahnräder, wenn sich eins derselben
dreht), nehmen die beweglichen Elemente 4 ihren Vorlauf
in Richtung F wieder auf, und zwar aufgrund des Transferierens der
Betriebsflüssigkeit durch
die Pumpe 10, bis die voll vorgeschobene Endanschlagsposition
erreicht ist (entsprechend zum Beispiel dem Zustand des kompletten
Ineinandergreifens). In diesem Zustand (3) kann
die Pumpe 10 sich weiter drehen, da ein Anhalten genau
in dem Moment, in dem die Endanschlagsposition erreicht wird, nicht
erforderlich ist: obwohl der Flüssigkeitstransfer
weiter geht, sichert der Rücklauf
der Flüssigkeit
durch die Umlaufleitung 7, dass die Flüssigkeit an die Pumpe gelangt
(und somit das Schmieren der Pumpe) und hindert eine Kammer 5 am
Austrocknen. Das Vorhandensein eines geschlossenen Hydraulikkreises
gewährleistet
folglich einen einwandfreien Betrieb des Antriebes, auch wenn die Pumpe
arbeitet, die beweglichen Elemente 4 jedoch nicht verschoben
werden.
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Um
die beweglichen Elemente 4 zurückzuziehen (zum Beispiel zum
Entkuppeln der Zahnräder) ist
es ausreichend, die Pumpe 10 in der umgekehrten Richtung
im Verhältnis
zu der vorherigen zu betätigen (im
spezifischen Falle der vorliegenden Erfindung genügt es, die
Kreiselpumpe in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, zum Beispiel
durch Umschalten der Polarität
des die Pumpe 10 antreibenden Elektromotors), so dass die
Flüssigkeit
durch die Einlassleitung 6 aus der volleren Kammer 5 (links
in der Abbildung) in die leerere Kammer 5 (rechts in der
Abbildung) transferiert wird und somit die beweglichen Elemente 4 in
der entgegengesetzten Richtung zu F verschoben werden; auch bei
der Phase des Zurückziehens,
wenn die Endanschlagsposition erreicht ist (oder in jeder anderen
Situation, die das Anhalten der beweglichen Elemente 4 bewirkt),
kann die Pumpe 10 weiterhin Flüssigkeit durch die Einlassleitung 6 transferieren,
da dank der Umlaufleitung 7 ein kontinuierlicher Flüssigkeitsumlauf
gewährleistet
ist.
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Eine
Hebelschaltung mit drei Positionen (Vorlauf, OFF, Rücklauf)
kann verwendet werden, um die Pumpe zu betätigen, wobei der Hebel normalerweise
in der mittleren Position OFF gelassen wird; wenn gewünscht, kann
OFF auch den automatischen Rücklauf
enthalten. Andernfalls könnten
zwei Tasten installiert werden, eine für den Vorlauf und eine für den Rücklauf.
Die Pumpe 10 könnte
auch von Hand bedient werden, in welchem Falle der Bediener das Aktivierelement
(Hebel, Taste oder anderes) problemlos auch dann in der aktiven
Position halten könnte,
wenn die beweglichen Elemente 4 des Antriebes stillstehen.
Der Bediener könnte den
Hebel auf OFF zurückstellen,
wenn er oder sie bemerkt, zum Beispiel durch das Auslösen eines
entsprechenden Signals, dass die beweglichen Elemente 4 eine Endanschlagsposition
erreicht haben, welche der Vervollständigung des auszuführenden
Vorgangs entspricht (zum Beispiel das Kuppeln oder Entkuppeln von
Zahnrädern
in einem Nebenantrieb).
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Der
Antrieb kann hergestellt sein, um als einfachwirkender Zylinder
zu arbeiten, mit einem speziell kalibrierten Ventil, das an der
Umlaufleitung vorgesehen ist, und einer Rückholfeder, die koaxial auf
das bewegliche Element 4 wirkt, welches eine direkte Wirkung
auf die Getriebekupplung ausübt.
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In
dieser Auslegung könnte
die Verbindungsstange 9 auch nicht notwendig sein, da die
Mitnehmerwirkung auf das bewegliche Element 4 entgegengesetzt
zu einem an den Verbraucher (Kupplung) angeschlossenen durch Unterdruck
hervorgerufen werden könnte,
welcher in der Kammer 5 erzeugt wird, in der das bewegliche
Element 4 selbst arbeitet.