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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung,
welche Mäher,
Fräsen, Schneebläser und
Traktoren beinhaltet, jedoch nicht darauf beschränkt ist, und insbesondere auf
ein stufenloses Getriebe und Verfahren zur Verwendung des stufenlosen
Getriebes.
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Diskussion des Standes der
Technik
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Herkömmliche
Antriebseinrichtung, so wie Rasenmäher, Schneebläser, Mulcher,
etc., beinhalten oft „Selbstantriebs"-Mechanismen zum
automatischen Antreiben des Rades, einer Bahn (track) oder einem
anderen Antriebsmechanismus, welcher verwendet wird, um die Antriebseinrichtung
anzutreiben. Typischerweise wird der Selbstantriebsmechanismus (self-propulsion
drive mechanism) durch ein Eingreifen eines Getriebes aktiviert,
welches die Getriebewelle mit dem Antriebsrad verbindet/entkoppelt.
Die Drehzahl des Antriebsrades variiert proportional mit der Drehzahl
des Motors. Demgemäß kann die
Drehzahl des Antriebsrades nur durch Verändern der Fahrpedal-Position
(throttle position) oder durch Verändern der Gangstufe innerhalb
des Getriebes verändert
werden, um die Drehzahl des Motors zu erhöhen/zu verringern.
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In
letzter Zeit war es erwünscht,
alle Arten einer Antriebseinrichtung mit stufenlosen Getrieben bereitzustellen,
um die Antriebsgeschwindigkeit der Antriebseinrichtung ohne ein
Erhöhen/Verringern
einer Motordrehzahl gleichmäßig zu variieren,
um die Antriebsgeschwindigkeit zu variieren. Eine Bemühung beim
Bereitstellen einer derartigen Vorrichtung ist derzeit in einer
Antriebseinrichtung be rücksichtigt worden,
welche in Europa durch France Reductor, Inc. hergestellt und verkauft
wird. Umlenkrollensysteme sind in einem Bestreben ebenso verwendet
worden, um eine variable Drehzahl-Antriebseinrichtung bereitzustellen.
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Das
France Reductor-VST beinhaltet einen ersten Gurt, welcher zwischen
einer Antriebsscheibe auf der Motorausgabewelle und einer angetriebenen Scheibe
auf einer Rotationswelle befestigt ist. Eine zweite Scheibe ist
mit der gleichen Rotationswelle wie die angetriebene Scheibe befestigt
und ist gesichert und rotiert synchron mit der angetriebenen Scheibe.
Ein zweiter Gurt ist zwischen der zweiten Scheibe und einer zweiten
angetriebenen Scheibe befestigt, die mit einer Antriebswelle verbunden
ist. Die Getriebewelle ist mit einem Getriebe verbunden, welches
eine Rotationsleistung an ein Antriebsrad oder einen anderen Antriebsmechanismus überträgt. Eine
Kupplung, die in diesem Getriebe angeordnet ist, kann betätigt werden,
um in das Getriebe einzugreifen/zu entkoppeln, und um eine Rotationsleistung an
den Antriebsmechanismus zu übertragen/zu
entkoppeln.
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Um
die Drehzahl des Antriebsmechanismus zu variieren, kann eine Platte,
welche die Rotationswelle trägt,
gegen die Vorspannung einer Feder bewegt werden, um den ersten Gurt
und jeweils zweiten Gurt zu spannen und zu lockern. Die erste Antriebsscheibe
und die zweite Antriebsscheibe (beide von diesen befinden sich auf
der gleichen Rotationswelle) weisen variable Breite-Rillen auf,
welche veranlasst werden zu variieren, wenn ihre entsprechenden
Gurte gespannt und gelockert werden. Wenn der erste Gurt gespannt
wird, bewegt sich demgemäß der erste
Gurt tiefer in die Rille der ersten Scheibe in Richtung der Rotationsachse
der Rotationswelle, wobei somit die Rotationswelle sogar bei zunehmenden Drehzahlen
rotiert wird, da eine Spannung in dem Gurt zunimmt. Wenn der zweite
Gurt simultan gelockert wird, kommt die Rille ähnlich in der zweiten Antriebsscheibe
näher,
und der zweite Gurt bewegt sich aus der Rille heraus und weg von
der Rotationsachse der Rotationswelle, wobei somit die Drehzahl
des zweiten Gurts erhöht
wird und schließlich
die Drehzahl des Antriebsmechanismus erhöht wird. Zwei Gurte werden
in einem derartigen System benötigt, um
die notwendige Zunahme in einer variablen Drehzahlausgabe für den Antriebseinrichtungs-Antriebsmechanismus
zu erhöhen.
Zusätzlich
sind zwei Steuerungsmechanismen notwendig, so dass ein Steuerungsmechanismus
das Getriebe betätigen
und ein Steuerungsmechanismus die Drehzahl des Getriebes variieren
kann.
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Da
das France Reductor-VST-System zwei Gurte, vier Scheiben, zwei Steuerungsmechanismen und
ein separat gekoppeltes Getriebe benötigt, sind die Kosten des Systems
und die Raumanforderungen beide relativ hoch. Es ist gewöhnlich notwendig, dieses
VST-System auf einer Gehäusestruktur
zu montieren, um ein derartiges großes System auf eine Antriebseinrichtung
anzupassen. Zusätzlich
machen die vielen unterschiedlichen Teile das System anfällig für mechanisches
Versagen und erzeugen Probleme mit dem ästhetischen Ausführungsbereich,
der für eine
Antriebseinrichtung verfügbar
ist, welche ein derartiges System aufnimmt. Darüber hinaus ist die Betätigung des
Systems ein Zwei-Schritte-Prozess, und
die Drehzahländerung
kann zeitweise abrupt sein, falls das Getriebe und die variablen
Drehzahlbetätigungsmechanismen
nicht in der korrekten Reihenfolge betätigt werden. Die Gurte bewegen
sich in diesem VST-System des Standes der Technik ebenso konstant.
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Eine
weitere Art eines VST-Systems, welches üblicherweise in einer Antriebseinrichtung
verwendet wird, beinhaltet ein hydrostatisches Getriebe zum Variieren
der Drehzahlausgabe an eine Antriebseinheit. In einem derartigen
System kann ein einzelner Steuerungsmechanismus verwendet werden,
um die Drehzahl einer Antriebseinheit von einer neutralen Position
zu einer maximalen Drehzahl zu variieren. Jedoch sind derartige
Getriebe relativ teuer herzustellen. Zusätzlich sind eine Aufrechterhaltung und
Reparatur eines derartigen Systems wesentlich schwieriger und teurer
als eine Wartung und Reparatur gurt-getriebener und/oder verzahnter
Getriebesysteme.
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Die
EP 0 310 402 A offenbart
eine kontinuierliche variable Drehzahlverlagerungseinrichtung, welche
antreibende und getriebene Scheiben aufweist, die auf entsprechenden
Getriebewellen montiert sind und durch einen Gurt eingegriffen werden.
Die effektiven Radien der Scheiben können variabel sein, um die
Maschine von einer hohen Drehzahl zu einer niedrigen Drehzahl oder
von einer niedrigen Drehzahl zu einer hohen Drehzahl zu bewegen.
Um die Maschine zu stoppen, wird eine Bremsausstattung bereitgestellt,
um die angetriebene Scheibe durch Verwenden eines bremsenden Elements
gegen eine bewegliche Seitenplatte der angetriebenen Scheibe zu
bremsen, wenn sich der effektive Radius der angetriebenen Scheibe
bei seinem Maximum befindet. Dabei wird das Antriebsgetriebe zwischen
den Getriebewellen unterbrochen, wobei die axiale Bewegung der beweglichen
Seitenplatte der angetriebenen Scheibe in Richtung der kooperierenden
fixierten Seitenplatte verwendet wird. Eine im Wesentlichen konstante
Bremskraft wird so automatisch auf die angetriebene Scheibe bei
einer Unterbrechung der übertragenen
Leistung aufgebracht.
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Die
DE 11 08 037 B offenbart
ein Getriebe nach der Präambel
von Anspruch 1 und 20, welche aus einem Gurt und zwei Scheiben besteht.
Eine erste Scheibe ist mit einer Antriebswelle eines Motors verbunden,
und die zweite Scheibe ist mit einer Zwischenwelle verbunden, welche
in Verbindung mit den Rückrädern der
Maschine steht, bei welchen das Getriebe verwendet wird. Die erste
Scheibe beinhaltet eine fixierte Verbundbacke (fixed compound cheek), welche
einen inneren Ring und einen äußeren Ring und
eine bewegliche Backe aufweist, die gegenüberliegend zu der fixierten Verbundbacke
positioniert ist. Der äußere Ring
der fixierten Verbundbacke ist mit der Antriebswelle gekoppelt,
während
der innere Ring frei um die Antriebswelle rotiert. Die bewegliche Backe
ist durch eine Interaktion mit einer Feder beweglich. Der Motor
kann auch lateral bewegt werden. Die laterale Bewegung des Motors
von einer Position (M) zu einer Position (M') bewegt die Achse der ersten Scheibe
relativ zu der Achse der zweiten Scheibe und erlaubt dem Gurt sich
zu spannen und zu lockern. Die Spannung des Gurtes und einer Feder, welche
mit der beweglichen Backe interagieren, bewirken, dass sich der
Gurt zurück
und vor zwischen einer Antriebsposition bewegt, wenn sich der Gurt zwischen
dem äußeren Ring
der Verbundbacke und der beweglichen Backe befindet, und einer neutralen Position,
wenn sich der Gurt zwischen dem inneren Ring der Verbundbacke und
der beweglichen Backe befindet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist die
vorliegende Erfindung auf ein stufenloses Getriebe gerichtet, welches
eines oder mehrere der Probleme aufgrund von Einschränkungen
und Nachteilen des Standes der Technik vermeidet.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein effizientes, kostengünstiges
und kompaktes stufenloses Getriebe bereitzustellen, welches von
einer neutralen Position zu einer vollen Drehzahlposition durch einen
einzelnen Aktuatormechanismus betätigt werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, den Gurt in den Kupplungsmechanismus
des stufenlosen Getriebes aufzunehmen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein kompaktes stufenloses Einzelbetätigungs-Getriebe bereitzustellen,
welches ein relativ hohes Niveau einer Ausgabedrehzahl herstellen
kann.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine kompakte Anordnung bereitzustellen,
welche leicht und angepasst abgeschirmt werden kann, und so wenige
Teile wie möglich
benötigt.
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Ein
noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Zahl an
Scheiben und notwendigen Gurten zu minimieren, und ein stufenloses
Getriebe bereitzustellen, welches einen einzelnen Gurt verwendet,
welcher zwischen zwei Scheiben verbunden ist, so dass die Menge
an bewegenden Teilen verringert wird, und die Möglichkeit von Fehlfunktionen
reduziert wird.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Steuerungsmechanismus
bereitzustellen, welcher eine Antriebsgeschwindigkeit zwischen einer
neutralen, Zwischen- und vollen Drehzahlposition variiert, während er
auch erlaubt, variabel zwischen diesen drei getrennten Positionen
betriebsfähig
zu sein.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, die Drehzahl eines Antriebsmechanismus
für eine
Antriebseinrichtung auf eine gleichförmige und zuverlässige Weise
zu variieren.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen kompakten Einzelbetätigungsmechanismus
bereitzustellen, welcher die Ausgabedrehzahl an einen Antriebsmechanismus
von Null zu einer Maximaldrehzahl durch Bewegen des Aktuatormechanismus
in einer einzelnen gleichförmigen
Bewegung steuert.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, das stufenlose Getriebe in die
Antriebswelle eines Motors aufzunehmen, so dass eine kompakte Anordnung des
Getriebes erzielt werden kann.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung
ausgeführt
und werden teilweise aus der Beschreibung und den Ansprüchen davon,
wie auch den angefügten Zeichnungen
offensichtlich.
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Um
diese und andere Vorteile und in Übereinstimmung mit dem Zweck
der vorliegenden Erfindung zu erzielen, wie ausgeführt und
breit beschrieben wird, beinhaltet ein stufenloses Getriebe:
eine
erste Scheibe, die eine Rotationsachse und eine erste Fläche und
eine zweite Fläche
zum Aufnehmen eines Gurts zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche aufweist,
wobei die erste Fläche
relativ zu der zweiten Fläche
beweglich ist; und
einen Aktuator, der benachbart zu der ersten
Scheibe angeordnet und eingerichtet ist, die erste Fläche relativ
zur zweiten Fläche
zwischen einer neutralen Position und einer Antriebsposition zu
bewegen,
wobei die neutrale Position durch die erste Fläche, die
bei einer ersten Position angeordnet ist, relativ zur zweiten Fläche definiert
ist, wobei die erste Fläche
relativ zur zweiten Fläche
rotierbar ist,
wobei die Antriebsposition durch reibenden Eingriff der
ersten Fläche
und der zweiten Fläche
in dem Gurt definiert ist, wenn sie eingerichtet sind, so dass die
erste Fläche,
zweite Fläche
und der Gurt zusammen rotieren können,
dadurch
gekennzeichnet, dass der Aktuator eine erste Aktuatorplatte und
eine zweite Aktuatorplatte aufweist, wobei die erste Aktuatorplatte
relativ zur zweiten Aktuatorplatte beweglich ist.
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Zusätzlich beinhaltet
die Erfindung ein Verfahren zum Verwenden eines stufenlosen Getriebes mit
einer ersten Scheibe, die eine Rotationsachse und eine erste Fläche und
eine zweite Fläche
aufweist, wobei die erste Fläche
entlang der Rotationsachse relativ zur zweiten Fläche beweglich
ist;
einen Gurt, der benachbart zu der ersten Fläche und der
zweiten Fläche
der ersten Scheibe angeordnet ist; und
einen Aktuator, der
benachbart zu der ersten Scheibe zum Bewegen der ersten Fläche relativ
zur zweiten Fläche
angeordnet ist;
wobei das Verfahren die folgenden Schritte
aufweist:
Antreiben einer der ersten Fläche, der zweiten Fläche und
des Gurts um die Rotationsachse der ersten Scheibe; und
Wegbewegen
des Gurts von der Rotationsachse der ersten Scheibe, um den Gurt
zu veranlassen, sich schneller um die Rotationsachse der ersten
Scheibe zu bewegen,
dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator
eine erste Platte und eine zweite Platte aufweist, und dadurch,
dass das Verfahren weiter den Schritt eines Bewegens von mindestens
einer der ersten und zweiten Platten des Aktuators aufweist, um
die erste Fläche
entlang der Rotationsachse und relativ zu der zweiten Fläche zu bewegen,
so dass ein Abschnitt von jeder der ersten Fläche und der zweiten Fläche reibend
in den Gurt eingreift, um eine der ersten Fläche, der zweiten Fläche und
des Gurts zu veranlassen, mit einer Bewegung um die Rotationsachse
der ersten Scheibe zu beginnen.
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Es
soll verstanden werden, dass beide, die vorhergehende allgemeine
Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft
und erklärend
sind, und beabsichtigt sind, eine weitere Erklärung der beanspruchten Erfindung
bereitzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
beigefügten
Figuren, welche enthalten sind, um ein weiteres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen, und aufgenommen sind und einen Teil dieser
Beschreibung bilden, stellen Ausführungsformen der Erfindung
dar, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien
der Erfindung zu erklären.
In den Figuren ist:
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1 eine
isometrische Ansicht eines stufenlosen Getriebes, welches in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der Erfindung hergestellt wurde;
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2 eine
isometrische Ansicht des Aktuators und einer ersten Scheibenanordnung
von 1;
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3 eine
Draufsicht des Aktuators und einer ersten Scheibenanordnung von 1;
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4 eine
Seitenansicht des Aktuators und einer Scheibenanordnung von 1;
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5 eine
funktionsfähige
Seitenansicht des Aktuators und einer ersten Scheibenanordnung von 1 in
einer neutralen Position;
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6 eine
funktionsfähige
Seitenansicht des Aktuators und einer ersten Scheibenanordnung von 1 in
einer vollen Drehzahlposition;
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7 eine
funktionsfähige
zweite Seitenansicht des Aktuators und einer ersten Scheibenanordnung
von 1 in einer Zwischenposition;
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8 eine
isometrische Ansicht der zweiten Scheibe von 1;
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9 eine
Seitenansicht der zweiten Scheibe von 1;
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10 einer
zerlegten Ansicht der zweiten Scheibe von 1;
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11 eine
Querschnittsteilansicht einer weiteren Ausführungsform des Aktuators und
einer ersten Scheibenanordnung;
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12 eine
Querschnittsteilansicht einer weiteren Ausführungsform des Aktuators und
einer ersten Scheibenanordnung;
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13 eine
Querschnittsteilansicht einer weiteren Ausführungsform des Aktuators und
einer ersten Scheibenanordnung; und
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14 eine
Querschnittsteilansicht einer weiteren Ausführungsform des Aktuators und
einer ersten Scheibenanordnung.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
wird jetzt im Detail Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung genommen, wobei ein Beispiel von diesen
in den beigefügten
Figuren dargestellt ist.
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1 zeigt
eine isometrische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform
des stufenlosen Getriebes (VST, Variable Speed Transmission). Das VST
beinhaltet eine erste Scheibe 100 und einen Aktuator 400,
der mit einer Motorausgabeantriebswelle 600 verbunden ist.
Ein Gurt 300 verbindet die erste Scheibe 100 mit
einer zweiten Scheibe 200, welche ihrerseits mit einem
Antriebsmechanismus für
das dazugehörige
Stück einer
Antriebseinrichtung verbunden ist. Somit kann die Rotationsenergie
von der Motorausgangsantriebswelle 600 an den Antriebsmechanismus
mittels einer ersten Scheibe 100, einem Aktuator 400,
einem Gurt 300 und einer zweiten Scheibe 200 übertragen
werden. Ein Steuerungsmechanismus 500 kann an dem Aktuator 400 befestigt sein,
um die Ausgabedrehzahl des Antriebsmechanismus von ungefähr Null
bis zu einer Eingriffs-/Zwischenpositionsdrehzahl zu variieren,
und anschließend
mit einer maximalen oder vollen Drehzahl fortzufahren. Der Steuerungsmechanismus 500 variiert den
Bereich einer Ausgabedrehzahl des Antriebsmechanismus, indem der
Aktuator 400 veranlasst wird, die entsprechende Rillenweite
der ersten und zweiten Scheiben 100, 200 zu verändern, wobei
dabei der Rotationsradius des Gurtes 300 um die ersten
und zweiten Scheiben 100 und 200 verändert wird,
wie nachfolgend in näherem
Detail erklärt
wird. Zusätzlich
liefert die vorliegende Erfindung eine neutrale Position, in welcher
die Rotationsenergie der Antriebswelle 600 von dem Antriebsmechanismus
der Antriebseinrichtung entkoppelt wird. Diese neutrale Position
wird durch Verwenden des Gurtes 300 als eine „Kupplung" realisiert, welche
ebenso nachfolgend in näherem
Detail erklärt
wird.
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Ein
Aktuator (nicht dargestellt), welcher mit dem Steuerungsmechanismus 500 verbunden
ist, erlaubt einem Betreiber der Antriebseinrichtung, eine Betätigung des
Aktuators 400 zu steuern, und die Betätigung und Veränderung
der Drehzahlausgabe durch den Antriebsmechanismus der Antriebseinrichtung
letztendlich zu steuern. Der Aktuator wird bevorzugt gesteuert,
wobei eine einzelne Bewegung verwendet wird, um den Aktuator zwischen
einer neutralen Position und einer vollen Drehzahlposition zu bewegen.
Eine Art eines Aktuators kann in einem U-förmigen balkenartigen Aktuator
verwendet werden, welcher in einem U-förmigen Henkel der Antriebseinrichtung
drehbar gelagert ist. Diese Art eines Aktuators wird durch ein Drücken des
U-förmigen
Balkens und eines Schwenkens relativ zu dem U-förmigen Henkel gesteu ert, um
eine Steuerungsleitung 515 zu veranlassen, sich relativ
zu dem Henkel zu bewegen. Wenn der U-förmige Aktuatorbalken bündig und/oder koplanar
mit dem U-förmigen
Henkel wird, veranlasst der Steuerungsmechanismus 500 den
Aktuator 400, sich bei seiner maximalen Drehzahlposition
zu befinden. Wenn der U-förmige
Aktuatorbalken zu seiner weitesten gewinkelten Position relativ
zu dem U-förmigen
Henkel geschwenkt wird, befindet sich der Aktuator in seiner neutralen
Position. Somit kann der Nutzer die Antriebseinrichtung von Null
zu einer Maximaldrehzahl durch ein Drücken und/oder andersartiges
Bewegen des U-förmigen
Aktuatorbalkens antreiben, um ihn relativ zu dem U-förmigen Henkel
zu schwenken. Natürlich
können
andere Aktuatoren, so wie ein Drehknopf oder Schwenkhebel anstelle
des U-förmigen
Balkenaktuators verwendet werden, um die Drehzahl der Antriebseinrichtung
zwischen Null und einer Maximaldrehzahl zu steuern.
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Wie
in den 2 bis 7 dargestellt ist, beinhaltet
der Aktuator 400 eine erste Aktuatorplatte 410 und
eine zweite Aktuatorplatte 420, wobei jede dieser relativ
zu der anderen bei einer Aktivierung des Steuerungsmechanismus 500 rotieren
kann. Die erste Aktuatorplatte 410 kann ein Verlängerungssicherungselement 417 auf
seiner oberen Fläche 413 zum
Sichern der ersten Aktuatorplatte an dem Gehäuse oder einem anderen Element
der Antriebseinrichtung beinhalten. Somit kann die zweite Aktuatorplatte 420 relativ
zu beiden, der ersten Aktuatorplatte 410 und der Antriebseinrichtungseinrichtung
im Allgemeinen rotieren. Alternativ kann die erste Aktuatorplatte 410 relativ
zu der zweiten Aktuatorplatte 420 und der Antriebseinrichtungseinrichtung
im Allgemeinen rotierbar sein. Lager 404 erlauben beiden,
der ersten und zweiten Aktuatorplatte relativ zu der Antriebswelle 600 zu
rotieren, die in einem Wellenweg 403 (shaft way) der Aktuatorplatten 410 und 420 angeordnet
ist. Die Lager 404 können
die gleichen Lager oder Lager von unterschiedlicher Art sein, und können ausgewählt sein,
um mit den notwendigen Performance-Merkmalen übereinzustimmen, die für eine bestimmte
Anwendung der Erfindung gewünscht
sind. Zusätzlich,
wenn wirtschaftliche Erwägungen
ins Auge gefasst werden, ist es bei einigen Umständen möglich, keine Lager zu verwenden, oder
unterschiedliche Lager zusammenzuführen. Ein Rückhalteclip 601 kann
bereitgestellt werden, um den Aktuator 400 in einer Position
auf der Antriebswelle 600 zu halten.
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Der
Steuerungsmechanismus 500 ist bevorzugt mit dem Aktuator 400 mittels
eines Befestigungsballs 517 verbunden, welcher in einem
Gegen-Aktuatorausschnitt 426 in der zweiten Aktuatorplatte 420 gesichert
ist. Eine Kabelrückhalterung 510 kann
bei einer Aktuatorverlängerung 418 auf
der ersten Aktuatorplatte 410 durch Einführen einer
Sicherungsnoppe 512 befestigt sein, die sich von der Kabelrückhalterung 510 in
eine Öffnung
der Verlängerung 418 der
ersten Aktuatorplatte 410 erstreckt. Ein Steuerungskabel
(oder eine Steuerungsleitung) 515, die sich innerhalb der
Kabelrückhalterung 510 befindet,
kann sich relativ zu der Kabelrückhalterung 510 und
der ersten Aktuatorplatte 410 bewegen. Demgemäß veranlasst
eine Bewegung der Steuerungsleitung 515 die zweite Aktuatorplatte 420,
sich relativ zu der ersten Aktuatorplatte 410 zu bewegen/zu
rotieren. Ein Ball-/Rampen-Mechanismus 433 (siehe 3)
kann in Kombination mit einer Aktuatorfeder 430 verwendet
werden, um die zweite Aktuatorplatte 420 zu ihrer Anfangsposition
relativ zu der ersten Aktuatorplatte 410 vorzuspannen,
wenn eine Spannung in der Steuerungsleitung 515 freigegeben
wird.
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Der
Ball-/Rampen-Mechanismus 443 beinhaltet Bälle 440,
die sich zwischen den Aktuatorplatten 410 und 420 befinden,
welche jeweilige Rampen 441 hochlaufen, welche sich in
einer der ersten und zweiten Aktuatorplatten 410 und 420 befinden.
Die zweite Aktuatorplatte 420 rotiert relativ zu der ersten Aktuatorplatte 410,
die Bälle 403 laufen
die Rampen 441 hoch und veranlassen die zweite Aktuatorplatte 420,
sich von der ersten Aktuatorplatte 410 gegen die Vorspannung
von Federn 430 zu trennen und wegzubewegen. Federn 430 sind
an der ersten Aktuatorplatte 410 befestigt und erstrecken
sich durch Schlitze 427, die sich in einem Federwegabschnitt 423 der zweiten
Aktuatorplatte 420 befinden. Die Schlitze 427 sind
geformt, um den Federn 430 zu ermöglichen, entlang der unteren
Fläche 424 der
zweiten Aktuatorplatte 420 zu laufen, wenn die zweite Aktuatorplatte 420 relativ
zu der ersten Aktuatorplatte 410 rotiert. Die Federn 430 spannen
die zweite Aktuatorplatte 420 in Richtung der ersten Aktuatorplatte 410 über eine
Rotation der Platten. Die Federn 430 sind mit der ersten
Aktuatorplatte 410 durch Einführen eines Abschnitts von jeder
Feder 430 in ein Federsicherungsloch 416 in der
oberen Fläche
der ersten Aktuatorplatte 410 verbunden. Die Feder 430 erstreckt
sich nach unten durch einen Federschlitz 415 in der ersten
Aktuatorplatte 410.
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Die
Rotation der ersten Aktuatorplatte 410 relativ zu der zweiten
Aktuatorplatte 420 kann durch Bereitstellen von Angrenzungen 412 und 422 in
den entsprechenden ersten und zweiten Aktuatorplatten 410 und 420 beschränkt werden.
Die Angrenzungen 412 und 422 laufen in jeweiligen
Gleitwegen 421 und 411 in gegenüberliegenden
ersten und zweiten Aktuatorplatten 420 und 410.
Somit wird die Rotation der ersten und zweiten Aktuatorplatten 420 und 410 durch
die Länge
der Gleitwege 411 und 421 und die Länge ihrer
entsprechenden Angrenzungen 422 und 412 begrenzt.
Die erste Scheibe 100 beinhaltet eine erste Laufrolle (sheave) 110 und
eine zweite Laufrolle 120, welche eine Rille 130 dazwischen
bilden. Die zweite Laufrolle 120 kann verbunden werden,
um mit der Antriebswelle 600 zu rotieren, so dass beide,
die zweite Laufrolle 120 und die Antriebswelle 600 relativ zu
der ersten Laufrolle 110 der ersten Scheibe 100 rotieren.
Die erste Laufrolle 110 kann auch relativ zu der Antriebs
welle 600 und relativ zu der zweiten Aktuatorplatte 420 rotieren.
Lager 404 können
zwischen beiden, der ersten Laufrolle 110 und der Antriebswelle 600 und
zwischen der ersten Laufrolle 110 und der zweiten Aktuatorplatte 420 bereitgestellt
werden, um deren relative Rotation zu erleichtern. Da sich die zweite
Aktuatorplatte 420 nach unten durch den Einfluss des Steuerungsmechanismus 500 bewegt, drückt sie
die erste Laufrolle 110 der ersten Scheibe in Richtung
der zweiten Laufrolle 120 der ersten Scheibe, welche die
Weite der Rille 130 der ersten Scheibe 100 verringert.
Da sich die Rillenweite verengt, wird der Gurt 300 mit
einer Fläche 121 der
zweiten Laufrolle 120 der ersten Scheibe 100 gekoppelt. Der
Gurt 300 wird gespannt, wenn er die Fläche 121 einkoppelt
und beginnt um die Rotationsachse der ersten Scheibe 100 aufgrund
einer Reibungskraft zwischen der rotierenden Fläche 121 und der Gurtfläche zu rotieren.
Dieser Ablauf ist es, auf welchen vorhergehend Bezug genommen wurde,
wenn der Gurt 300 als ein Kupplungsmechanismus verwendet
wird.
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Die
Rille 130 kann weiter durch Bewegen des Steuerungsmechanismus 500 verengt
werden, um eine weitere Trennung der Aktuatorplatten 410 und 420 zu
erzwingen, was die erste Laufrolle 110 näher zu der
zweiten Laufrolle 120 der ersten Scheibe drückt. Die
Flächen 111 und 121 der
ersten und zweiten Laufrolle 110 und 120 beinhalten
gewinkelte Flächen 114 und 214.
Da sich die erste und zweite Laufrolle 110 und 120 zueinander
bewegen, wird der Gurt gezwungen, sich radial entlang dieser gewinkelten
Flächen 114 und 124 aus
der Rille 130 zu heben. Da sich somit die erste Scheibenlaufrolle 110 und
die zweite Scheibenlaufrolle 120 zueinander bewegen, bewegt
sich der Gurt 300 von der Rotationsachse der Antriebswelle 600 weg
und die Rotationsgeschwindigkeit des Gurtes nimmt zu. Der Antriebsmechanismus
befindet sich bei einer maximalen Drehzahl, wenn sich der Gurt 300 bei
einer weitesten Position von der Rotationsachse befindet, und die
erste Laufrolle 110 befindet sich am nächsten zu der zweiten Laufrolle 120 der
ersten Scheibe.
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Die
erste Scheibenlaufrolle 110 kann auch eine Verlängerungsfläche 112 beinhalten,
welche sich entlang der Rotationsachse der Antriebswelle 600 und
zwischen der ersten gewinkelten Fläche 114 und einer
zweiten gewinkelten Fläche 124 der
ersten und zweiten Laufrollen 110, 120 erstreckt.
Wenn sich die Erfindung in ihrer neutralen Position befindet (zum
Beispiel, wenn keine Betätigungskraft
auf den Steuerungsmechanismus 500 ausgeübt wird, befinden sich die
ersten und zweiten Aktuatorplatten 410 und 420 zusammen,
und die erste und zweite Laufrolle der ersten Scheibe 110 und 120 befinden
sich bei ihrer weitesten Position), veranlasst die Gurtspannung 300 die
Rille in der ersten Scheibe, zu ihrer weitesten Position rückzukehren,
und der Gurt 300 verbleibt auf der Verlängerungsfläche 112. Der Antriebsmechanismus
verbleibt effektiv bei einem gelagerten still liegenden oder gelagerten
neutralen Zustand.
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Der
Gurt 300 ist bevorzugt dazwischen verbunden, und liefert
Leistung von der Antriebswelle 600 zu der zweiten Scheibe 200.
Die zweite Scheibe 200 kann mit einem Antriebsmechanismus
der Antriebseinrichtung verbunden werden, um die Ausstattung anzutreiben.
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Wie
in den 8 bis 10 dargestellt ist, kann die
zweite Scheibe 200 eine zweite Scheibe einer ersten Laufrolle 210 beinhalten,
welche mit einer zweiten Scheibe einer zweiten Laufrolle 220 verbunden
sein und rotieren kann. Eine Nabe 227 kann in der zweiten
Scheibe der zweiten Laufrolle 220 ausgebildet und geformt
sein, um sich durch eine Aussparung 218 in einem Kranz 217 der
zweiten Scheibe der ersten Laufrolle 210 zu erstrecken.
Die relative Form der Nabe 227 und einer Aussparung 228 sichern
rotationsförmig
die Laufrollen 210 und 220 zusammen. Die Nabe 227 beinhaltet
einen Wellenweg 225 zum Verbinden mit einer angetriebenen
Welle des Antriebsmechanismus. Wenn die zweite Scheibe einer ersten
Laufrolle 210 mit der zweiten Scheibe einer zweiten Laufrolle 220 verbunden
ist, kann eine Befestigungsscheibe 250 an der Nabe 227 der
zweiten Scheibe der zweiten Laufrolle 220 befestigt werden,
um die ersten und zweiten Laufrollen 210 und 220 zusammenzuhalten.
Die Befestigungsscheibe 250 kann an der Nabe 227 durch
eine Vielzahl von Schrauben 253 befestigt werden, welche
sich durch Löcher 251 in
der Scheibe 250 erstrecken und mit Schraublöchern 223 in
der Nabe 227 der zweiten Laufrolle 220 befestigen.
Unterschiedlich geformte Naben können
in der Erfindung verwendet werden, welche eine einzelne Schlüsselnabe
beinhalten.
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Eine
Feder 240, welche von einer Art Diaphragma oder einer Tellerfeder
ist, kann zwischen der Befestigungsscheibe 250 und einer
oberen Fläche 216 der
ersten Laufrolle 210 angeordnet sein, um die erste Laufrolle 210 in
Richtung der zweiten Laufrolle 220 der zweiten Scheibe
vorzuspannen. Die Feder 240 läuft entlang der Außenseite
des Kranzes 217 in der zweiten Scheibe einer ersten Laufrolle 210 und
kann einen oberen Ring 241 und einen unteren Ring 242 beinhalten,
welche voneinander durch ein Zwischenblatt 243 getrennt
sind. Die oberen und unteren Ringe 241 und 242 liegen
flach auf der unteren Fläche
der Befestigungsscheibe 250 und der oberen Fläche 216 der
jeweiligen ersten Laufrolle 210. Die Feder 240 erlaubt
der Rille 230, die zwischen der ersten Laufrolle 210 und
der zweiten Laufrolle 220 der zweiten Scheibe 200 gebildet
ist, in der Weite in Übereinstimmung
mit der Spannung in dem Gurt 300 zu variieren.
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Der
Gurt 300 kann zwischen einer ersten Fläche 211 der ersten
Laufrolle 210 und einer zweiten Fläche 221 der zweiten
Laufrolle 220 der zweiten Scheibe 200 laufen.
Gewinkelte Flächen 214 und 224,
die sich auf den jeweiligen ersten und zweiten Flächen 211 und 221 befinden,
neigen dazu, den Gurt von der Rotationsachse der zweiten Scheibe wegzubewegen,
wenn sich die erste Laufrolle 210 und die zweite Laufrolle 220 der
zweiten Scheibe 200 zueinander unter der Vorspannung einer
Feder 240 bewegen. Wenn somit eine Spannung in dem Gurt 300 abnimmt,
bewegt die Vorspannung der Feder 240 die ersten und zweiten
Laufrollen 210 und 220 zusammen, um die Weite
einer Rille 230 zu verringern. Der Gurt 300 wird
anschließend
dazu veranlasst, sich weiter von der Rotationsachse der zweiten Scheibe
zu bewegen, um somit die Rotationsgeschwindigkeit von beiden, der
zweiten Scheibe 200 und des Antriebsmechanismus, mit welchem
die zweite Scheibe 200 verbunden ist, zu verlangsamen. Im
Gegensatz dazu, wenn der Gurt 300 gespannt ist (zum Beispiel
wenn der Steuerungsmechanismus 500 aktiviert wird, um den
Aktuator 400 zu veranlassen, die ersten Scheibenlaufrollen 110 und 120 zueinander
zu bewegen, um den Gurt 300 in Bewegung/Spannung „zu kuppeln"), überwindet
die Spannung des Gurtes 300 die Vorspannung in der Feder 240,
um die ersten und zweiten Laufrollen 210 und 220 der
zweiten Scheibe zu trennen, wobei dabei die Rille 230 geweitet
wird. Wenn sich die Rille 230 weitet, läuft der Gurt 300 nach
innen entlang der ersten und zweiten Fläche 211 und 221 der
zweiten Scheibe 200 in Richtung der Rotationsachse der
zweiten Scheibe. Wenn sich der Gurt 300 der Rotationsachse der
zweiten Scheibe 200 nähert,
nimmt der Radius einer Rotation um die Scheibe ab, und die Rotationsgeschwindigkeit
wird daher demgemäß erhöht. Somit wird
der Antriebsmechanismus bei zunehmenden Drehzahlen angetrieben,
wenn der Gurt 300 durch den Steuerungsmechanismus 500 gespannt
wird. Da sich die Rillenweite von beiden, der ersten und zweiten
Scheiben 100 und 200 in entgegengesetzter Richtung
während
eines Spannens (oder Lockerns) verändert, kann eine zweifache
Zunahme (oder Abnahme) in der Drehzahl bei der Ausgabewelle der zweiten
Scheibe 200 erzielt werden.
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Wie
in den 11 und 12 dargestellt
ist, kann der Aktuator 400 der ersten Scheibe 100 konfiguriert
sein, um zwischen einem Mäherblatt 700 und dem
unteren Gehäuse 800 eines
Mähers
befestigt zu sein. Die rechte Hälfte
der Teilansicht von 11 und 12 stellt
eine Ausführungsform
dar, in welcher viele der Scheiben- 100 und Aktuator- 400 -Komponenten
geformte Komponenten sind, und wobei sich die erste Scheibe in der
maximalen Drehzahlposition befindet (zum Beispiel wird der Aktuator 400 betätigt, und
wobei sich die erste Laufrolle 110 und die zweite Laufrolle 120 der
ersten Scheibe 100 bei ihrem minimalen Trennungsabstand
befinden und der Gurt 300 am weitesten von der Rotationsachse
der Antriebswelle 600 entfernt ist). Die linke Hälfte der
Teilansicht von 11 stellt eine Ausführungsform
dar, in welcher viele Komponenten der Scheibe 100 und eines Aktuators 400 Plattenkomponenten
sind, und wobei sich die erste Scheibe 100 und ein Aktuator 400 in
einer neutralen Position befinden. Jedoch wird ein Gurt 300 bei
beiden, einer neutralen und einer hohen Drehzahlposition in diesem
Abschnitt der Teilfigur gezeigt.
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Die 13 und 14 zeigen
weitere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, in welchen eine „Scheibenbremskupplung" 900 (plate break
clutch) auf die gleiche Antriebswelle 600 wie die erste
Scheibe 100 und ein Aktuator 400 aufgenommen sind.
In dieser Ausführungsform
sind viele der Komponenten dargestellt, als wären sie aus einem Metallplattenmaterial
hergestellt. Jedoch kann jeder dieser Teile auch als gegossene Komponenten gefertigt
werden. Die rechte Hälfte
der Teilansicht der 13 und 14 stellt
den Scheibenbremskupplungsmechanismus in seiner betätigten Position
dar, in welcher eine getrennte Scheibenkupplung die Antriebswelle
von einem Ausgabeelement entkoppelt, und wobei eine Scheibenbremse
auf das entkoppelte Ausgabeelement angewandt wird, um eine Rotation des
Ausgabeelements und irgendeiner Ausstattung zu stoppen, so wie Mäherblätter, die
bei dem Ausgabeelement befestigt sind. Die linke Hälfte der
Teilansicht in den 13 und 14 stellt
die Scheibenbremskupplung in einer nicht betätigten Position dar, in welcher
die Antriebswelle 600 mit einem Ausgabeelement verbunden
ist und dieses rotiert.
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Wenn
der Gurt 300 in der ersten Scheibe 100 läuft, variiert
ein bevorzugter Bereich für
den äußeren Durchmesser
der ersten Scheibe 100, wie von dem Äußeren des Gurts gemessen wird,
von 48,2 mm bei einer niedrigen Drehzahl/neutral nach 68,2 bei einer mittleren
Drehzahl, nach 88,2 mm bei einer maximalen Drehzahl. Ähnlich,
wenn der Gurt 300 in der zweiten Scheibe 200 läuft, variiert
ein bevorzugter Bereich für
den äußeren Durchmesser
der zweiten Scheibe 200, wie er von dem Äußeren des
Gurts gemessen wird, von 103 mm bei einer niedrigen Drehzahl/neutral,
nach 83,5 mm bei einer mittleren Drehzahl, nach 64 mm bei einer
maximalen Drehzahl. Selbstverständlich
kann sich der spezifische Wert für den
Durchmesser der ersten und zweiten Scheibe verändern, abhängig von der bestimmten Anwendung
oder einem gewünschten
Drehzahlverhältnis. Die
Pferdestärke,
die für
ein Antreiben einer Mähmaschine
bei 3.100 Umdrehungen/Minute benötigt
wird, welche eine erste und zweite Scheibe mit den vorhergehend
erwähnten
Durchmesserabweichungen zwischen einer neutralen und maximalen Drehzahl
beinhaltet, ist ungefähr
0,16 PS beim Verbrauch für
konstantes Fahren und 0,47 PS bei einer maximalen Belastung. Zusätzlich kann
die Grunddrehzahl von 1,96 km/h bis 5,81 km/h in der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung variieren.
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In
den vorhergehenden Ausführungsformen der
Erfindung kann die Kraft, die zum Betätigen des Aktuators 400 benötigt wird,
relativ gering sein, so dass eine geringe Spannungskraft in dem
Kabel 515 benötigt
wird. Diese geringe Spannungskraft liefert eine gute Betriebsstabilität und Lebensdauer
für das stufenlose
Getriebe und erlaubt auch einen einfachen Betrieb durch Nutzer der
Vorrichtung.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben wurde, sollte es verstanden werden, dass viele Veränderungen
dieser Ausführungsformen
unter den Schutzbereiches und Geistes der beanspruchten Erfindung
fallen. Beispielsweise können
die spezifische Drehzahl, Pferdestärke und Durchmesserwerte, die vorhergehend
beschrieben wurden, verändert
werden, um einer bestimmten Anwendung zu entsprechen, oder um unterschiedliche
Ziele zu erfüllen.
Zusätzlich
kann die Erfindung eine Ausführungsform beinhalten,
in welcher der Aktuator und eine erste Scheibe an einer angetriebenen
Welle befestigt sind, und wobei die zweite Scheibe, wie vorhergehend
beschrieben wurde, bei der Antriebswelle oder einer Motorausgangswelle
befestigt sein kann. Die Erfindung kann auch auf viele unterschiedliche
Arten bei der Antriebseinrichtung befestigt sein, beinhaltend unter
dem Gehäuse, über dem
Gehäuse
und sogar auf der Seite eines Teils der Antriebseinrichtung.
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Der
Aktuator wird beschrieben, wobei er eine Ball-/Rampen-Vorrichtung
243 aufweist,
um eine Trennung der Aktuatorplatten hervorzurufen. Jedoch können andere
bekannte Aktuatorvorrichtungen in die vorliegende Erfindung aufgenommen
werden, ohne von dem Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann ein Scheibenbremskupplungsmechanismus, wie er
in der
WO 02/09496
A des Anmelders offenbart ist, anstelle des vorhergehend
offenbarten Aktuatormechanismus verwendet werden. Der Aktuator kann
auch an der Antriebseinrichtung in unterschiedlicher Weise befestigt
sein. Beispielsweise kann die zweite (oder untere) Aktuatorplatte
bei der Antriebseinrichtung befestigt sein, und die erste (oder
obere) Aktuatorplatte kann mit einer Steuerungsvorrichtung verbunden sein
und relativ zu der Antriebseinrichtung und zweiten Aktuatorplatte
rotieren.
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Obwohl
die zweite Scheibe beschrieben wird, dass sie eine erste Laufrolle
und einer zweiten Laufrolle aufweist, die rotationsförmig relativ
zueinander gesichert sind, liegt es innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Erfindung, erste und zweite Laufrollen zu beinhalten,
welche relativ zueinander in der zweiten Scheibe laufen können. Eine
derartige Konfiguration kann einen gleichförmigeren Übergang bereitstellen, wenn
der Antriebsmechanismus und/oder Aktuatormechanismus während einer
Drehzahländerung
entkoppelt. Die erste Laufrolle und zweite Laufrolle der ersten
Scheibe werden als voneinander getrennt offenbart. Jedoch wird in
Erwägung
gezogen, dass diese Strukturen einander berühren oder durch ein Lager oder
dergleichen voneinander getrennt sind. Zusätzlich kann der Verlängerungsabschnitt
(oder Nabenabschnitt) der ersten Laufrolle der ersten Scheibe vorstellbar
von der ersten Laufrolle voneinander getrennt sein und frei auf der
Antriebswelle laufen. Darüber
hinaus kann der Verlängerungsabschnitt
der ersten Laufrolle möglicherweise
von der Konfiguration entfernt werden, abhängig von der Art des Gurtes,
welcher verwendet wird und den Reibungsparametern aller bewegenden Teile.
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Zusätzlich wird
in Erwägung
gezogen, dass die erste Scheibe bei unterschiedlichen Positionen relativ
zu dem Aktuator, beinhaltend oberhalb oder unterhalb des Aktuators,
auf der Antriebswelle angeordnet ist, ohne von dem Schutzbereich
der Erfindung abzuweichen. Die erste Laufrolle kann auch mit der
Antriebswelle angetrieben werden (anstatt der zweiten Laufrolle,
welche wie vorhergehend offenbart wurde, angetrieben wird), und
die zweite Laufrolle kann betätigt
werden, um sich in Richtung der ersten Laufrolle nahe zu der Rille
der ersten Scheibe zu bewegen und den Gurt in Kontakt mit der rotierenden ersten
Laufrolle zu bewegen. Zusätzlich
kann der Aktuator und eine erste Scheibe, wie vorhergehend beschrieben
worden ist, auf der Antriebswelle des Getriebeantriebsstrangs angeordnet
sein, und der Gurt kann durch eine Antriebsscheibe angetrieben werden,
welche ähnlich
zu der zweiten Scheibe konfiguriert ist, welche in der vorhergehenden
Ausführungsform
beschrieben wurde. Der Aktuator kann betätigt werden, um eine erste
und zweite Laufrolle der Antriebsscheibe zu veranlassen, in den
bewegenden Gurt bei der angetriebenen Scheibenseite des Getrie bes
einzukoppeln. In dieser Anordnung bewegt sich der Gurt, und die
angetriebene Scheibe „kuppelt" den bewegenden Gurt,
um das stufenlose Getriebe zu schaffen.
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Die
relativen Größen der
ersten und zweiten Scheibe und eines Gurts können in Übereinstimmung mit den gewünschten
Drehzahlverhältnissen und
in Übereinstimmung
mit den Ausführungsparametern
einer spezifischen Antriebseinrichtung variiert werden. Auf gleiche
Weise kann die Aktuatorgröße ebenso
variiert werden. Die Materialien, aus welchen das System hergestellt
ist, variieren ebenso weit und beinhalten ein Gussmetall, Metallplattierung,
Kunststoffe, Gummis, Keramik, etc. Die Auswahl an Materialien wird
den Reibungswert beeinflussen, welcher notwendig ist, um in den
Gurt einzukoppeln oder zu kuppeln, und kann somit eine signifikante Überlegung
beim Entwerfen der Erfindung für
eine bestimmte Anwendung darstellen.
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Die
Steuerungsvorrichtung kann ebenso unterschiedlich konfiguriert sein
und innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung bleiben. Beispielsweise
kann die Steuerungsvorrichtung eine magnetische, hydraulische, pneumatische
Nockenkurbel oder andere Art einer Betätigungsvorrichtung sein, kann
möglicherweise
auch ein Elektromagnet oder eine andere elektrische Betätigungsvorrichtung sein.
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Es
wird für
Fachleute offensichtlich sein, dass unterschiedliche Modifikationen
und Veränderungen
innerhalb der Übermittlung
der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne vom Schutzbereich
der Erfindung abzuweichen. Somit ist es beabsichtigt, dass die vorliegende
Erfindung die Modifikationen und Veränderungen dieser Erfindung abdeckt,
vorausgesetzt sie bleiben innerhalb des Schutzbereiches der angehängten Ansprüche.