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Die
Erfindung betrifft ein mechanisches Getriebe, mit dem ein festes
oder variables Übersetzungsverhältnis zwischen
zwei drehenden Teilen wie in der
DE 812 618 C beschrieben und entsprechend zu
dem Oberbegriff der Ansprüche
1 und 10 verwirklicht werden kann.
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Das
Europäische
Patent Nr. 0 688 407 beschreibt ein mechanisches Getriebe, das aus
einem Rahmen, einer ersten drehbar in dem Rahmen angeordneten Welle
und einer zweiten Welle parallel zu und exzentrisch relativ zu der
ersten Welle besteht. Die erste Welle trägt ein paar von konischen Reibscheiben,
zwischen denen ein Schubband angeordnet ist. Die zweite Welle weist
eine Anlegscheibe auf, die zwischen die Reibscheiben reicht und
in die das Schubband eingreift. Durch Verstellen der zweiten Welle
in einer Richtung rechtwinklig zu axialen Richtung wird das Schubband
zwischen den Reibscheiben verschoben, wodurch ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis realisiert
wird.
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Bei
dem oben beschriebenen Getriebe muss die zweite Welle verstellbar
sein. Dies erfordert große konstruktive
Maßnahmen,
um die Welle verstellbar auszuführen
und ebenso, um den Antrieb von irgendetwas durch die Welle zu ermöglichen.
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Weiter
ist der Bereich von Übersetzungsverhältnissen
begrenzt, die eingestellt werden können.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, den oben genannten Stand der Technik
weiterzuentwickeln. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe
mit einer beschränkten
Anzahl von Teilen vorzusehen.
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Die
oben genannten Aufgaben werden durch die Merkmale von Anspruch 1
und 10 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Getriebe
hat den Vorteil, dass die Eingangswelle und die Ausgangswelle in
einer festen Beziehung zueinander angeordnet sind. Das Getriebe
kann dadurch auf einfache Weise in einem bestehenden Antriebsstrang
angeordnet werden, und es ist nicht notwendig, Maßnahmen
für eine
verstellbare Welle zu ergreifen.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
des Getriebes weisen die Eingangs- und Ausgangswelle jeweils eine Scheibe
mit einer schüsselförmigen Oberfläche derart
auf, dass die konischen Flächen
die erste und bzw. die zweite Reibfläche bilden, und der Körper weist
auf jeder Seite zwei radscheibenförmige Rücksprünge koaxial zu der Rotationsachse
derart auf, dass die Zylinderflächen
die dritte bzw. die vierte Reibfläche bilden.
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Gemäß einem
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
des Getriebes weisen die Eingangs- und Ausgangswelle jeweils eine
Scheibe mit einem koaxialen scheibenförmigen Rücksprung derart auf, dass die
Zylinderflächen
des Rücksprungs die
erste bzw. die zweite Fläche
bilden, und der Körper
weist an jeder Seite eine schüsselförmige Fläche derart
auf, dass die zwei konischen Flächen
die dritte bzw. die vierte Reibfläche bilden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Getriebes
weichen die Durchmesser der beiden scheibenförmigen Rücksprünge voneinander ab.
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Aufgrund
des unterschiedlichen Durchmessers ist es möglich, den Bereich der Übersetzungsverhältnisse
zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu verschieben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist ein Stabilisierungsteil in dem scheibenförmigen Rücksprung angeordnet, wobei
das Teil sich in radialer Richtung soweit erstreckt, wie das Schubband
in dem Rücksprung
angeordnet ist.
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Dieses
Stabilisierungsteil stellt sicher, dass das Schubband nicht aus
seiner Fluchtlinie gedrückt werden
kann. Auf Grund der Position des Angriffspunkts der Reibungskräfte auf
die Verbindungselemente wird das Schubband dazu tendieren, zu knicken.
Das Schubband wird dabei auf unerwünschte Weise belastet, und
es kann weniger Leistung übertragen
werden.
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Bei
einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
des Getriebes weist das Schubband eine durchgehende Anzahl von wechselweise aneinander
liegenden Schubverbindern auf.
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Es
ist ebenso möglich,
dass das Schubband ein durchgehendes flexibles Band aufweist.
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Bei
einem weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Getriebes
sind die erste und zweite Reibfläche
identisch und sind die dritte und vierte Reibfläche identisch.
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Die
schüsselförmigen Flächen sind
bevorzugt konische Flächen
mit gleichen Spitzenwinkeln. Der Körper kann sich hierbei durch
eine geradlinige Bewegung vorwärts
bewegen.
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Dadurch
wird es überflüssig, dass
die Wellen axial einstellbar sind, und mit günstig gewählten technischen Vorrichtungen
kann eine ausreichende axiale Anpresskraft und eine ausreichende
Anpresskraft bei dem Schubband erreicht werden.
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Die
Wahl eines geeigneten Mechanismus ermöglicht es, die Größenordnung
der Anpresskraft automatisch abhängig
von dem übertragenen
Moment zumachen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
kann zumindest ein Schubband erfindungsgemäß aus Edelstahl, Hartmetallmaterial
oder Keramikmaterial hergestellt werden.
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Wenn
Kraft mit dem oben beschriebenen Getriebe übertragen wird, wird dabei
eine bestimmte Wärmemenge
in dem Getriebe erzeugt. Diese Wärme
resultiert aus der Reibung zwischen Schubband und Reibfläche. Um
eine längere
Lebensdauer zu erreichen, ist es wünschenswert, ein solches Getriebe kühlen zu
können.
Eine Kühlung
findet bevorzugt mittels eines Kühlmittels
statt. Der Nachteil davon ist jedoch, dass viele Materialkombinationen
aus Schubband und Reibfläche
einen merklichen Abfall des Reibungskoeffizienten zeigen, wenn die
Kontaktflächen
mit einem Kühlmittel
benetzt werden. Wenn jedoch das Schubband aus Keramikmaterial gebildet ist,
bleibt der Reibungskoeffizient praktisch gleich, unabhängig davon,
ob die Fläche
mit einem Kühlmittel
wie etwa Wasser gekühlt
wird oder nicht.
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Das
Schubband kann ebenso aus Edelstahl oder Hartmetall gebildet werden.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil des Herstellens des Schubbands aus Keramikmaterial oder
gesintertem Metall ist, dass mit diesem Herstellungsverfahren komplizierte
Formen auf einfache Weise hergestellt werden können.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
sind Kühlungsmittel
zum Kühlen
des Schubbands mit einer Kühlflüssigkeit
wie etwa Wasser vorgesehen.
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Diese
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden weiter erläutert mit
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen:
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1 zeigt schematisch ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Getriebes,
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2 zeigt schematisch ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Getriebes,
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Getriebes
und
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4 zeigt eine Variante des
erfindungsgemäßen Getriebes,
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5 zeigt ein viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
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6 zeigt ein fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
und
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7a und 7b zeigen ein sechstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt schematisch einer
Eingangswelle 1 und eine Ausgangswelle 2. Eine
schüsselförmige Scheibe 3 ist
an der Eingangswelle angeordnet und eine schüsselförmige Scheibe 4 an
der Ausgangswelle 2. Die schüsselförmige Scheibe 3 hat
eine erste Reibfläche 5 und
die andere schüsselförmige Scheibe 4 hat
eine zweite Reibfläche 6.
Ein Körper 7 ist verstellbar
zwischen den schüsselförmigen Scheiben 3, 4 angeordnet.
Dieser Körper 7 weist
an jeder Seite zwei scheibenförmige
Rücksprünge 8 auf,
in denen ein Schubband angeordnet ist. Die Außenflächen dieser Rücksprünge formen
dementsprechend eine dritte 12 und vierte 13 Reibfläche.
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Die
Eingangswelle 1 und die Ausgangswelle 2 sind in
einem Rahmen (nicht dargestellt) mittels Lager 10 montiert.
Der Körper 7 ist
ebenso mittels eines Lagers 11 montiert und ist in der
Richtung des Pfeils P verstellbar.
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Wenn
die Eingangswelle angetrieben wird, beginnt der Körper 7 durch
den Kontakt des Schubbands 9 mit der ersten Reibfläche 5 und
der dritten Reibfläche 12 sich
zu drehen. Weil der Körper 7 sich dreht,
wird es wiederum beginnen, die Ausgangswelle 2 durch den
Kontakt der vierten Reibfläche 13 mit dem
Schubband 9 und den Kontakt des Schubbands 9 mit
der zweiten Reibfläche 6 zu
drehen.
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Durch
Verstellen des Körpers 7 in
Richtung des Pfeils P kann der radiale Abstand zwischen der Eingangswelle 1 und
dem Kontaktpunkt der Reibfläche 5 mit
dem Schubband 9 variiert werden. Der Abstand zwischen der
Ausgangswelle 2 und dem zugehörigen Kontaktpunkt des Schubbands 9 mit
der Reibfläche 6 kann
dadurch ebenso geändert
werden. Durch Verstellen des Körpers 7 in
Richtung des Pfeils P kann daher das Verhältnis zwischen beiden dargelegten
Abständen
geändert
werden, wobei zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 2 ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis bewirkt
wird.
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2 zeigt eine Variante des
in 1 dargestellten Getriebes.
Entsprechende Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet
und werden nachfolgend nicht weiter erläutert.
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Der
Körper 7,
der in Richtung des Pfeils P verstellbar ist, weist wiederum an
jeder Seite einen scheibenförmigen
Rücksprung 8 auf.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
weisen jedoch diese Rücksprüngen 8 nicht
denselben Durchmesser auf. Zugeordnete Schubbänder 20 und 21 sind
in diesen zwei Rücksprüngen mit
unterschiedlichem Durchmesser angeordnet.
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Durch
das Antreiben der Eingangswelle 1 wird das Schubband 20 durch
die erste Reibfläche 5 bewegt.
Dieses Schubband 20 treibt dann der Körper 7 mit einer gewissen
Umfangsgeschwindigkeit an. Da der Rücksprung, in dem das Schubband 21 platziert
ist, bei diesem Ausführungsbeispiel
einen kleineren Durchmesser aufweist, wird das Schubband 21 mit
einer niedrigeren Umfangsgeschwindigkeit als das Schubband 20 angetrieben,
wodurch die Ausgangswelle 2 ebenfalls mit einer anderen
Geschwindigkeit (Drehzahl) als die Welle 1 angetrieben
wird.
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3 zeigt ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
des Getriebes. Dieses Getriebe weist eine Eingangswelle 30 und
eine Ausgangswelle 31 auf. Die Außenenden der beiden Wellen 30, 31 sind
mit einer Scheibe 32 versehen, von denen jede mit einem
radscheibenförmigen
Rücksprung 33 versehen
ist. Schubbänder 34 sind
in diesen Rücksprüngen 33 platziert.
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Angeordnet
zwischen Eingangswelle 30 und Ausgangswelle 31 ist
ein Körper 35 das
einen X-förmigen
Querschnitt aufweist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen
Eingangswelle 30 und Ausgangswelle 31 kann durch
Verstellen des Körpers 35 in Richtung
des Pfeils P variiert werden.
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Die
Reibflächen
der schüsselförmigen Flächen der
Scheiben 3, 4 in den ersten beiden Ausführungsbeispielen
und das Gehäuse 35 mit
X-förmigen Querschnitt
können
irgend eine gewünschte
Form aufweisen. Im Falle von irregulär geformten Querschnitten der
Flächen
kann es jedoch erforderlich sein, dass zumindest eine der Wellen
in axialer Richtung einstellbar ist, gegebenenfalls mit Federspannung,
so dass eine ausreichende Anpresskraft der Schubbänder 9, 34 sichergestellt
wird. Als eine Folge von irregulär
geformten Oberflächen
kann hierbei die Einstellbewegung des Körpers 7, 35 nichtlinear
sein. Dies bringt zusätzliche
konstruktive Probleme mit sich. Falls jedoch die Oberflächen konische
Flächen mit
einem gleichen Öffnungswinkel
sind, wird die Einstellbewegung linear, und unter bestimmten Bedingungen
ist es nicht einmal notwendig, die Wellen in axialer Richtung einstellbar
auszulegen.
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In 4 ist eine erfindungsgemäße Variante eines
Getriebes dargestellt. Dieses Getriebe weist ein Gehäuse 40 auf,
in dem eine Eingangswelle 41 und eine Ausgangswelle 42 montiert
sind. Über
ein Zahnrad 43 treibt die Eingangswelle 42 ein
anderes Zahnrad 44 an, das wiederum eine Hilfswelle 45 antreibt.
Ein Arm 46 ist drehbar an dieser Hilfswelle 45 montiert.
An diesem Arm 46 ist ein Körper 47, das Ähnlichkeiten
zu dem Körper 7, 35 der
vorhergehenden Ausführungsbeispiele
aufweist, montiert. Ein einzelnes Schubband 48 ist in diesen
Körper 47 eingesetzt.
Das Schubband 48 ist an beiden Seiten in Kontakt mit scheibenförmigen Teilen 49 die
ebenfalls in dem Gehäuse 40 montiert
sind. Eines der scheibenförmigen
Teile 49 ist über
Zahnräder 50 mit
der Ausgangswelle 42 verbunden.
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Der
Abstand zwischen der zentralen Achse der scheibenförmigen Teile 49 und
dem Kontaktpunkt dieser Teile mit dem Schubband 48 kann
durch Drehen des Arms 46 variiert werden. Dabei ist wesentlich,
dass die scheibenförmigen
Teile 49 axial verstellt werden können, um ausreichenden Platz
für das Schubband
vorzusehen. Die Teile 49 müssen daher unter Federspannung
stehen, so dass eine ausreichende Anpresskraft auf das Schubband
sichergestellt ist.
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Durch
Antreiben des Körpers 47 mittels Zahnräder 51 kann
ein Antriebsdrehmoment auf die scheibenförmigen Teile 49 unter
unterschiedlichen Abständen
um die zentrale Achse übertragen
werden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen
Eingangswelle 41 und Ausgangswelle 42 kann dadurch durch
Drehen des Arms 46 variiert werden.
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Indem
der Körper 47 gleich
dem Körper 7 des
ersten Ausführungsbeispiels
ausgeführt
wird, kann das Zahnrad 51 auf dem Körper zwischen den Schubbändern angeordnet
werden, und das Zahnrad kann einen Durchmesser aufweisen, der kleiner
ist als der Durchmesser der Schubbänder.
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Bei
allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist
der Körper 7, 35, 47 zumindest
radial verstellbar. Der Körper 7, 35 ist
weiterhin axial verstellbar, und der Körper 47 ist tangential
verstellbar, um die Position der Kontaktflächen der Schubbänder zu
variieren.
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Dies
ermöglicht
es, durch Antreiben der Eingangswelle und Verstellen des Körpers ein
bestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen
der Eingangswelle und der Ausgangswelle einzustellen.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei dem, im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der 1, die Ausgangswelle durch
einen übertragend angeordneten
Streifen 60 ersetzt ist. Die Übertragungsbewegung ist senkrecht
zu der Zeichnungsfläche.
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6 zeigt ein fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel 62.
Dieses Ausführungsbeispiel 62 weist
eine Eingangswelle 63 und eine Ausgangswelle 64 auf.
Beide Wellen tragen jeweils ein Reibrad 65 bzw. 66.
Ein Körper 67 ist
verstellbar und drehbar zwischen diesen Reibrädern 65, 66 angeordnet.
Dieser Körper 67 besteht
aus einem Grundteil 68 mit einer zylindrischen Reibfläche 75 an
jeder Seite. Trocken-Film Gleitscheiben 69 sind in den
zwei symmetrischen Rücksprüngen des
Grundteils 68 platziert, um die Reibung herabzusetzen.
Weiter sind in den Rückspringen
Schubbänder 70 platziert,
an denen Reibflächen 65, 66 auf
der einen Seite und 75 auf der anderen anliegen.
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Das
Schubband 70 liegt zwischen dem Grundkörper 68 und einem
Stabilisierungsteil 71, der sich in radialer Richtung so
weit wie das Schubband 70 erstreckt. Ebenfalls in dem Stabilisierungsteil
ist eine zylindrische Reibfläche 75 angeordnet,
die als Lauffläche
für das
Schubband über
einen Teil des Randes dient. Dieses Stabilisierungsteil stellt sicher, dass
das Schubband nicht knickt, wodurch das Schubband besser belastet
wird und eine größere Leistung übertragen
werden kann. Die Kontaktfläche 72 des
Schubbands kann auch gekrümmt
sein, wodurch man bessere Laufeigenschaften des Getriebes erhält und wodurch
der Wirkungsgrad des Getriebes erhöht wird.
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In
den 7a und 7b ist ein mechanisches Getriebe 81 dargestellt,
das eine Eingangswelle 82 mit einer Reibfläche 83 hieran,
eine Ausgangswelle 84 und einer Reibfläche 85 hieran aufweist.
Zwischen den Reibflächen 83 und 85 ist
ein verstellbares Reibelement 86 angeordnet, durch das
das Übersetzungsverhältnis zwischen
Eingangswelle 82 und Ausgangswelle 84 eingestellt
werden kann.
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Das
Reibelement 86 weist einen Rahmen 87 auf, der
verstellbar ist. Eine Hülse 89 ist
in diesem Rahmen 87 über
Lager 88 montiert. Die Hülse 89 ist an der
Innenseite mit einem Schraubgewinde 90 versehen. Zwei Körper 92 und 93 sind
in diesem Schraubgewinde mittels Kugeln 91 angeordnet.
Zwischen den Körpern 92 und 93 sind
Tellerfedern 94 angeordnet, die die zwei Körper voneinander
weg drücken.
Es ist offensichtlich, dass die Wirkungsweise der Tellerfedern auch
beispielsweise durch eine Spiralfeder oder eine Gasdruckfeder erreicht
werden kann. Die Körper 92 und 93 sind
an den Seiten vorgesehen und auf die jeweiligen Reibflächen 83 und 85 mit
einem Schubband 95 bzw. 96 gerichtet.
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Die
Tellerfedern 94 stellen sicher, dass die Schubbänder 95, 96 in
Kontakt mit den jeweiligen Reibflächen 83 und 85 gebracht
werden. Wenn nun ein Drehmoment auf die Welle 82 übertragen
wird, werden durch die Drehung der Reibfläche 83 das Schubband 95 und
dadurch das Gehäuse 92 weiter bewegt.
Auf Grund des Schraubgewindes 90 stellt sich der Körper 92 relativ
zu der Hülse 89 in
Richtung der Reibfläche 83 ein.
Dies führt
zu einer gewissen Anpresskraft des Schubbands 95 auf die
Reibfläche 83.
Wenn die Anpresskraft ausreichend groß ist, wird das Schubband durch
die Drehung der Welle 82 weiterbefördert.
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Da
in dem ersten Augenblick die Ausgangswelle 84 still steht,
wird der Körper 93 auf
Grund der Reibung zwischen dem Schubband 96 mit der Reibfläche 85 zurückgehalten.
Weil die Hülse 89 sich dreht,
stellt sich der Körper 93 nun
relativ zu dieser Hülse
in Richtung der Reibfläche 85 so
ein, dass der Anpressdruck zwischen Schubband 96 und Reibfläche 85 ansteigt.
Sobald der Anpressdruck ausreichend groß ist, beginnt die Ausgangswelle 84 sich
zu drehen, und ein Drehmoment der Eingangswelle 82 kann
so auf die Ausgangswelle 84 übersetzt werden.
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Die
Ausgangswelle 84 ist in axialer Richtung A einstellbar.
In der Hülse 89 ist
ein Sicherungselement 97 angeordnet, das den Körper 93 daran
hindert, aus dem Schraubgewinde aufgrund der Tellerfedern 94 herauszulaufen,
wenn die Ausgangswelle 84 von dem Reibelement 86 weg
bewegt wird. 7a zeigt
die nicht eingreifende Stellung.
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In 7b wiederum liegt die Ausgangswelle 84 an
dem Reibelement 86 an, wobei der Körper 93 von den Sicherungselement 97 freigekommen
ist.
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Wenn
sich die Welle 84 zurück
bewegt, wird ein beträchtlicher
Schlupf zwischen der Stahlreibfläche 85 und
dem Schubband 96 auftreten. Dies erzeugt Wärme, die
auf einfache Weise mit einem Kühlmittel
wie etwa Wasser abgeführt
werden kann.
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Da
die Reibkoeffizienten geschmierter und nicht geschmierter Kontaktflächen praktisch
die gleichen sind, kann ausreichend Kraft von der Eingangswelle
an die Ausgangswelle übertragen
werden, während
das Getriebe auch gekühlt
werden kann.