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Die
Erfindung betrifft ein mechanisches Getriebe, wie in US-A-1 903
228 oder US-A-2 325 323 beschrieben ist, was den nächstliegenden
Stand der Technik für
Anspruch 1 bildet.
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Bei
Getrieben, bei denen ein Drehmoment über eine Reibfläche übertragen
wird, ist es erforderlich, dass eine ausreichende Druckkraft auf
die Reibfläche
ausgeübt
wird, da anderenfalls ein Schlupf auftritt, wodurch das zu übertragende
Drehmoment begrenzt wird. Wenn das Drehmoment variiert, ist dieselbe
Druckkraft dann nicht ständig
erforderlich. Wenn eine feststehende Druckkraft ausgewählt wird, muss
diese immer so groß sein,
dass das maximale Drehmoment übertragen
werden kann. Infolge dieser großen
Druckkraft werden die Lager des Getriebes im Falle von teilweiser
Belastung unnötig
belastet.
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Dieses
Problem tritt besonders bei stufenlosen Getrieben auf. Bei solchen
Getrieben wird ein Antriebsdrehmoment durch Reibung an einer gegenüberliegenden
Fläche übertragen,
die als Reibfläche dient.
In Abhängigkeit
von dem geforderten Drehmoment muss eine bestimmte Druckkraft zwischen
den Reibflächen
realisiert werden.
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Zum
Einstellen einer bestimmten Druckkraft, welche dem Drehmoment unterliegt,
sind Vorrichtungen bekannt, wobei das Drehmoment gemessen wird und
dann auf dessen Basis eine bestimmte Druckkraft eingestellt wird,
zum Beispiel mittels Hydraulik. Diese Vorrichtungen verbrauchen
Energie und sind kompliziert und daher kostenaufwendig herzustellen und
zu warten.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, ein mechanisches Getriebe zu schaffen,
welches den Nachteilen von bekannten Vorrichtungen abhilft. Dieses
Ziel wird gemäß der Erfindung
durch ein mechanisches Getriebe gemäß der Erfindung erreicht, aufweisend:
- – einen
Rahmen;
- – eine
erste und zweite Reibvorrichtung, welche Vorrichtung aufweist:
- – eine
erste Welle mit einer Reibfläche,
aufweisend wenigstens eine Radialrichtungskomponente;
- – eine
zweite Welle, welche parallel zu wenigstens einer Axialrichtungskomponente
an der ersten Welle platziert ist;
- – ein
Reibelement, das mit einem axialen Schraubengewinde an der zweiten
Welle für
einen Reibkontakt mit der Reibfläche
angeordnet ist, welches Reibelement im Falle der Drehung relativ
zu der zweiten Welle axial verschoben wird; und
- – Druckmittel
zum Drücken
des Reibelements in eine Axialrichtung, wobei die erste Welle der
ersten Reibvorrichtung eine Antriebswelle bildet, welche Antriebswelle
an dem Rahmen drehbar angeordnet ist; wobei die erste Welle der
zweiten Reibvorrichtung eine Abtriebswelle bildet, welche Abtriebswelle
an dem Rahmen parallel zu der Antriebswelle drehbar angeordnet ist,
und wobei die zweite Welle der ersten Reibvorrichtung und die zweite
Welle der zweiten Reibvorrichtung gemeinsam gekuppelt sind, um einen
drehbaren Körper zu
bilden, welcher drehbare Körper
für wenigstens
eine radiale Verschiebung an dem Rahmen angeordnet ist;
- – einen
ersten Schubriemen, der zwischen der Reibfläche und dem Reibelement der
ersten Reibvorrichtung angeordnet ist;
- – einen
zweiten Schubriemen, der zwischen der Reibfläche und dem Reibelement der
zweiten Reibvorrichtung angeordnet ist;
wobei die Reibflächen rotationssymmetrisch
sind, die Reibflächen
wenigstens eine axiale Komponente aufweisen und wenigstens eine
Radialrichtungskomponente aufweisen.
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Wenn
Die erste Welle mit einem bestimmten Drehmoment gedreht wird, dreht
sich die erste Welle relativ zu dem Reibelement infolge des Schraubengewindes.
Das Reibelement verschiebt sich hierdurch axial und drückt gegen
die Reibfläche.
Wenn die Druckkraft groß genug
ist, um das Drehmoment auf die zweite Welle zu übertragen, stoppt die Drehung
der ersten Welle relativ zu dem Reibelement, und das Drehmoment
wird von der ersten Welle auf die zweite Welle übertragen. Die Druckmittel
sind angeordnet, um den ersten Kontakt zwischen dem Reibelement
und der Reibfläche
sicherzustellen.
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Das
Schraubengewinde schafft auch eine gute radiale Zentrierung beider
Wellen, wodurch das Lager relativ einfach bleiben kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind Rollenkörper
in dem Schraubengewinde angeordnet. Diese Rollenkörper reduzieren
beträchtlich
die Reibung in dem Schraubengewinde, wodurch die Druckkraft genauer
eingestellt wird.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
gemäß der Erfindung
weisen die Druckmittel eine Tellerfeder auf.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
ist eine der beiden Wellen axial verschiebbar, und Begrenzungsmittel
sind angeordnet, welche in das Reibelement eingreifen, um die axiale
Verschiebung des Reibelements zu begrenzen.
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Die
Fähigkeit,
eine der beiden Wellen zu verschieben, macht es möglich, auch
eine Kupplungsfunktion in dem Getriebe zu schaffen.
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Es
ist besonders im Falle eines solchen mechanischen Getriebes erwünscht, eine
ausreichend große
Druckkraft zu haben. Andererseits muss diese Druckkraft nicht zu
groß sein,
wodurch unnötige
Abnutzung auftreten könnte.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des Getriebes gemäß der Erfindung
werden die Druckmittel der ersten Vorrichtung und der zweiten Vorrichtung
gemeinsam benutzt.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
des Getriebes gemäß der Erfindung
ist wenigstens eine von der Antriebswelle und der Abtriebswelle
axial verschiebbar, und Begrenzungsmittel sind angeordnet, um die
axiale Verschiebung des Reibelements zu begrenzen, das der axial
verschiebbaren Welle zugeordnet ist.
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Ein
mechanisches Getriebe mit eingebauter Kupplung wird unter Verwendung
der obigen Maßnahmen
gebildet. Da das Reibelement bei dessen axialer Verschiebung begrenzt
wird, ermöglicht
eine größere axiale
Verschiebung einer der Wellen, dass eine der beiden Reibflächen von
dem Reibelement getrennt wird. Es ist hierdurch möglich, die
Antriebswelle von der Abtriebswelle zu trennen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
weist die Reibfläche,
die an der verschiebbaren Welle angeordnet ist, eine erste Eingriffsfläche auf.
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Wenn
das mechanische Getriebe auch als Kupplung verwendet wird, nutzt
sich dann die Reibfläche,
die an der verschiebbaren Welle angeordnet ist, übermäßig dadurch ab, dass, wenn
die Antriebswelle und die Abtriebswelle in Eingriff sind, der Schubriemen über die
Reibfläche
rutscht. Der Betrieb des mechanischen Getriebes wird beeinträchtigt,
da sich die Reibfläche übermäßig abnutzt.
Indem nun eine spezielle Eingriffsfläche geschaffen wird, nutzt
sich nur diese Fläche
ab, und die Reibfläche, die
für das
mechanische Getriebe erforderlich ist, bleibt intakt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
gemäß der Erfindung
ist eine zweite Eingriffsfläche
an dem Schubriemen angeordnet, welche in die Reibfläche eingreift,
die der verschiebbaren Welle zugeordnet ist, wobei die erste Eingriffsfläche außerhalb
der Ebene der Reibfläche
liegt, so dass nur die erste Eingriffsfläche mit der zweiten Eingriffsfläche zusammenwirken
kann.
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Infolge
des Schlupfes, der zwischen dem Schubriemen und der Reibfläche während des
Eingriffs der Kupplung auftritt, nutzt sich der Schubriemen auch
ab. Indem nun ein Schubriemen einer speziellen zweiten Eingriffsfläche geschaffen
wird, welche nur mit einer ersten Eingriffsfläche zusammenwirken kann, beeinträchtigt die
Abnutzung an entweder dem Schubriemen oder der Reibfläche nicht
den Betrieb des mechanischen Getriebes.
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Dieses
und andere Merkmale der Erfindung werden weiter mit Bezug auf die
beigefügten
Zeichnungen erläutert:
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1 zeigt
einen Querschnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines mechanischen Getriebes gemäß der Erfindung;
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3a und 3b zeigt
Querschnitte einer zweiten Ausführungsform
eines mechanischen Getriebes gemäß der Erfindung;
und
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4 zeigt
eine dritte Ausführungsform
eines mechanischen Getriebes, bei welchem eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
angeordnet ist.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 20 gemäß der Erfindung.
Solche Vorrichtungen 20 werden üblicherweise als Drehmomentsensor
bezeichnet. Die Vorrichtung 20 weist eine Antriebswelle 21 und
eine Abtriebswelle 22 auf. An der Antriebswelle 21 ist
ein Teil 23 vorgesehen, welches ein Innengewinde 24 aufweist.
In diesem Innengewinde 24 sind Kugeln 25 angeordnet,
welche ein Lager für
ein Reibelement 26 bilden. Das Reibelement 26 wird
mittels einer Tellerfeder 27 gegen eine Reibfläche 28 der
Antriebswelle 22 gedrückt.
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Wenn
die Antriebswelle 21 angetrieben wird, nimmt sie das Reibelement 26 mit.
Da das Reibelement 26 durch Tellerfedern 27 gegen
die Reibfläche 28 der
feststehenden Abtriebswelle gedrückt
wird, wird das Reibelement 26 in dem ersten Beispiel zurück gehalten,
wodurch es infolge des Schraubengewindes axial verschoben wird.
Wenn die Druckkraft ausreichend groß ist, stoppt diese axiale
Verschiebung, und die Abtriebswelle 22 wird mitgenommen.
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2 zeigt
ein mechanisches Getriebe 1, welches eine Antriebswelle 2 mit
einer Reibfläche 3 daran,
eine Abtriebswelle 4 und eine daran angeordnete Reibfläche aufweist.
Zwischen den Reibflächen 3 und 5 ist
ein verschiebbares Reibelement 6 angeordnet, mit welchem
das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Antriebswelle 2 und der Antriebswelle 4 eingestellt
werden kann.
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Das
Reibelement 6 weist einen Rahmen 7 auf, welcher
verschiebbar ist. Eine Buchse 9 ist über Lager 8 in diesem
Rahmen 7 montiert. Die Buchse 9 ist an der Innenseite
mit einem Schraubengewinde 10 versehen. Zwei Körper 12 und 13 sind
in diesem Schraubengewinde mittels Kugeln 11 angeordnet.
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Zwischen
den Körpern 12 und 13 sind
Tellerfedern 14 angeordnet, welche die beiden Körper voneinander
weg drücken.
Die Körper 12 und 13 sind
an den Seiten, die zu den jeweiligen Reibflächen 3 und 5 hin
ausgerichtet sind, mit einem Schubriemen 15 bzw. 16 versehen.
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Die
Tellerfedern 14 stellen sicher, dass die Schubriemen 15, 16 mit
den jeweiligen Reibflächen 3 und 5 in
Kontakt gebracht werden. Wenn nun ein Drehmoment auf die Welle 2 ausgeübt wird,
wird der Schubriemen 15, und somit der Körper 2 durch
Drehung der Reibfläche 3 angetrieben.
Infolge des Schraubengewindes 10 wird nun der Körper 12 relativ
zu der Buchse 9 in der Richtung zu der Reibfläche 3 verschoben.
Daraus ergibt sich eine bestimmte Druckkraft des Schubriemens 15 an
der Reibfläche 3. Wenn
die Druckkraft ausreichend groß ist,
wird die Buchse 9 durch Drehung der Welle 2 angetrieben.
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Bei
diesem mechanischen Getriebe sind eigentlich zwei Druckvorrichtungen
gemäß 1 angeordnet,
wobei jede die richtige Druckkraft eines der Schubriemen sicherstellt.
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Da
bei dem ersten Beispiel die Abtriebswelle 4 stillsteht,
wird der Körper 13 infolge
der Reibung zwischen dem Schubriemen 16 und der Reibfläche 5 zurückgehalten.
Da sich die Buchse 9 dreht, wird nun der Körper 13 relativ
zu dieser Buchse auf die Reibfläche 5 zu
verschoben, so dass die Druckkraft zwischen dem Schubriemen 16 und
der Reibfläche 5 ansteigt.
Sobald die Druckkraft ausreichend groß ist, beginnt die Abtriebswelle 4,
sich zu drehen, und ein Drehmoment der Antriebswelle 2 kann
somit auf die Abtriebswelle 4 übertragen werden.
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3a und 3b zeigen
eine Variante der Vorrichtung gemäß 2. Entsprechende
Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden
zum Zwecke der Einfachheit hier nicht weiter beschrieben.
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Der
Unterschied zu der Ausführungsform aus 2 ist,
dass die Abtriebswelle 4 in der Axialrichtung A verschiebbar
ist. In der Buchse 9 ist ein Sicherungsteil 17 angeordnet,
welches verhindert, dass der Körper 13 infolge
der Tellerfedern 14 aus dem Schraubengewinde läuft, wenn
die Abtriebswelle 4 von dem Reibelement 6 weg
bewegt wird. 3a zeigt die getrennte Position.
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In 3b ist
die Abtriebswelle 4 noch einmal gegen das Reibelement 6 platziert,
wodurch der Körper 13 von
dem Sicherungsteil 17 freigegeben ist und das mechanische
Getriebe wie in 2 gezeigt arbeitet.
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4 zeigt
ein mechanisches Getriebe, welches im Aufbau weitgehend der in 2 gezeigten Ausführungsform
entspricht. Entsprechende Komponenten sind daher mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist der Schubriemen 15 auch in einem Körper 12 angeordnet.
Der Schubriemen 16 ist in einem Körper 30 angeordnet. Der
Körper 12 ist über Rollenkörper 11 und
ein Schraubengewinde 10 in dem Körper 30 angeordnet.
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An
dem Körper 30 ist
eine Buchse 31 koaxial platziert, welche relativ zu diesem
Körper 30 axial verschiebbar
ist. Diese Buchse ist mittels Lagern 8 in dem Rahmen 7 montiert.
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Der
Betrieb entspricht für
die meisten Teile dem Betrieb der Ausführungsform aus 2.
Die Drehung des Körpers 12 relativ
zu dem Körper 30 stellt
sicher, dass sich der Abstand zwischen den beiden Schubriemen 15, 16 ändert. Um
die axiale Druckkraft gleichmäßig über die
beiden Reibflächen 3, 5 zu
verteilen, verschiebt sich der Körper 30 axial in
der Buchse 31.
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Der
Vorteil dieser Konstruktion ist, dass die Lager 8 nicht
axial belastet werden und der Rahmen somit in Axialrichtung auch
unbelastet bleibt.