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Dokumentenidentifikation DE19709020C2 25.11.1999
Titel Kreisschubgetriebe
Anmelder Strach, Lothar, 47803 Krefeld, DE
Erfinder Strach, Lothar, 47803 Krefeld, DE
DE-Anmeldedatum 06.03.1997
DE-Aktenzeichen 19709020
Offenlegungstag 06.11.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 25.11.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.11.1999
IPC-Hauptklasse F16H 37/12
IPC-Nebenklasse F16H 55/08   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Kreisschubgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ein solches Zahnradgetriebe ist aus DE 43 12 869 A1 bekannt.

Der im folgenden verwendete Begriff Orbit-Bewegung bedeutet eine kreisschiebende Bewegung ohne Eigendrehung.

Alle bisher gebauten oder in der Literatur oder in Patentschriften vorgestellten Untersetzungsgetriebe aus der Paarung Hohlrad/Stirnrad mit einer Orbit-Bewegung lassen sich in zwei Hauptgruppen aufteilen hinsichtlich der Anzahl der Parallel-Kurbeln bzw. Exzenter für die Orbit-Bewegung als Mindestanzahl.

  • 1. Bei der Orbit-Bewegung des Hohlrades werden links und rechts vom Hohlrad auf einer Geraden zwei Parallel-Kurbeln angebracht. Wird nur eine der beiden Parallel-Kurbeln angetrieben, würde aufgrund der Reaktionskräfte innerhalb der Paarung Hohlrad/Stirnrad in den Streck- und Decklagen des Parallel-Exzenters eine Drehhemmung stattfinden, die Rückkraft ergibt ein Stoßmoment, auch als flickover bekannt, als Abhilfe werden dann beide Parallel-Kurbeln oder Exzenter mit einem Zahnradvorgelege aus drei Zahnrädern formschlüssig bewegt - was damit wieder die Anwendung von einer "höheren Elementenpaarung" bedeutet, oder jede Parallelkurbel wird mit einem eigenen Elektromotor angetrieben, oder jede der beidseitig liegenden Parallel-Kurbeln werden verdreifacht unter einem Winkel von 120° ausgeführt und insgesamt drei Verbindungslenker bewirken den Rundlauf, erkauft mit dreifacher Masse. Die drei Verbindungslenker können jeder ein Hohlrad bilden, ausreichend ist aber auch nur ein Hohlrad. Diese Bauweisen sind bekannt sowohl bei orbitierendem Hohlrad wie auch orbitierendem Stirnrad. Diese sind teuer, bzw. kinematisch überbestimmt.
  • 2. Die Orbit-Bewegung erfolgt mittels drei Parallel-Kurbeln oder Exzenter, welche in etwa auf den Eckpunkten eines spitzwinkligen Dreiecks angebracht sind. Es reicht aus eine der drei Parallel- Kurbeln anzutreiben für einen Orbit-Zwanglauf, ohne daß ein Zahnradvorgelege vorgeschaltet wird. Diese Bauweise ist bekannt für eine Orbit-Bewegung des Hohlrades ebenso wie des Stirnrades.

Nachteilig gegenüber der kompakten Bauweise von Stirnradgetrieben - dazu zählen auch Planeten-Getriebe - ist der größere Bauraum bei einer Orbit- Bewegung des Hohlrades sowohl bei einer Zwei-Kurbel-Anlage wie auch einer Drei-Kurbel-Anlage, da diese Kurbeln immer außerhalb des Hohlrades sein müssen. Damit steigt auch das dynamisch wirkende GD2.

Ebenfalls nachteilig gegenüber der kompakten Bauweise von Stirnradgetrieben ist der Einbau einer Zwei- oder Drei-Kurbelanlage in ein Stirnrad für eine Stirnrad-Orbit-Bewegung. Der Einbau von zwei oder drei funktionsfähige Parallel-Kurbeln in ein Stirnrad bedingt ein dadurch vergrößertes Stirn- und damit auch Hohlrad, sehr viel größer als es zur reinen Getriebefunktion erforderlich.

Bisher sind Orbit-Getriebe mit drei Parallel-Kurbeln nur in Patentschriften bekannt geworden, d. h. nicht gebaut und angewandt worden. Daher dürfte diesen Erfindern auch nicht die Problematik bekannt sein, welche dadurch vorhanden ist, daß eine Parallel-Kurbel angetrieben ist, die beiden anderen "mitgeschleppt" werden, die Umfangskräfte in der Paarung Hohlrad/Stirnrad umlaufend sind und somit ortsveränderlich zur Antriebskurbel und den Blindkurbeln in unterschiedlichen Hebelverhältnissen. Es sind Orbit-Getriebe nach den Erfindungen Strach gebaut und geprüft worden und besonders der Verlauf der Absolutbeträge der Lagerreaktionen an den Exzentern in den Richtungen x und y im World Coordinate System (WCS) untersucht worden.

Diese sehr rasch unterschiedlich wirkenden Kräfte sind bei einer Hohlrad-Orbit-Bewegung mit drei Parallel-Kurbeln einigermaßen günstig zu realisieren, da die Lagerpunkte außerhalb des Reaktionskreises von Hohlrad/Stirnrad liegen.

Ungünstiger sind die Reaktionskräfte infolge der sich verändernden Hebelverhältnisse bei drei Parallel-Kurbeln im orbitierenden Stirnrad, da die Antriebskraft zum Hohlrad-Mittelpunkt immer ungünstiger wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kreisschubgetriebe in kompakter Bauweise anzugeben. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Kreisschubgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Darstellung der Erfindung:

Mit der Absicht Hochleistungsgetriebe zu bauen, ähnlich klein wie Stirnradgetriebe oder Planetengetriebe, unter Verwendung flächentragender Zahnformen in der Paarung Hohlrad/Stirnrad wird nach der vorliegenden Erfindung das orbitierende Stirnrad in das abtreibende Hohlrad gesetzt derart, daß diese Position auch die Lagerstelle eines Drei-Parallel- Kurbeltriebes für eine Orbit-Bewegung des Stirnrades ist. Gleichzeitig ist diese Lagerstelle der geometrische Ort der Einleitung des Antriebsdrehmoment eines Elektromotors und somit wird eine koaxiale Getriebebauform geschaffen in der Anordnung von Antrieb- zur Abtriebwelle. Die beiden anderen Blindexzenter werden dezentral zur Hohlradmitte angeordnet und erfordern somit keine Getriebevergrößerung über die Funktionsgröße des Hohlrades hinaus.

Die beiden "mitgeschleppt" arbeitenden Blindexzenter haben jetzt nur noch Führungsfunktion für die Orbit-Bewegung des Stirnrades und haben keinen Anteil am Umsatz des Antriebsdrehmomentes des orbitierenden Stirnrades. Dieses Antriebsdrehmoment wird jetzt auf direktem und kürzesten Weg von der Antriebswelle über den darum befindlichen Exzenter in das Stirnrad geleitet bis zur jeweiligen durch die Orbit- Bewegung erfolgenden Kontaktpaarung der Zähne von Stirn- und Hohlrad.

Mit dieser Erfindung sind kompakt bauende Hochleistungsgetriebe herstellbar, alle miteinander arbeitenden Getriebebauteile gehören der Gruppe der "niederen Elementenpaarung" an, Zahnradvorgelege oder Mehrfach- Verbindungslenker zum Exzenter-Rundlauf sind nicht erforderlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung:

In Fig. 1 und Fig. 2 ist das Getriebe in Ansicht und Längsschnitt dargestellt und die Teile haben die gleichen Nummern, Nummer 1 ist die Antriebswelle des Elektromotors und Nummer 2 der umgebende Exzenter, gelagert im Gehäusedeckel und in der gleichsinnig, aber langsamer drehenden koaxialen Abtriebswelle 7. Die Abtriebswelle 7 ist auch Träger des mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehenden Hohlrades 6. Das als Innenstirnrad ausgebildete Planetenrad 4 ist fest verschraubt mit dem Lenker 5. Lenker 5 ist weiter Träger der beiden Blindexzenter 3, welche dezentral zur Getriebeachse angeordnet sind. Außer der Lager der Abtriebswelle 7 sind alle Lagerstellen Gleitlagerungen, ausgeführt im Materialwechsel von Stahl zu Gleitlagermaterial. Der Exzenter Nummer 2 überträgt sein Antriebsdrehmoment direkt in das Stirnrad 4 und anteilmäßig über den Lenker 5 auf die Blindexzenter 3 und dadurch erfährt das Stirnrad 4 infolge der Führungsfunktion eines Drei-Kurbel-Parallel-Getriebes eine Orbit- Bewegung innerhalb des Hohlrades 6.

Nummer 8 sind die gestellfesten Lagerbolzen für die geschleppt drehenden Blindexzenter 3.

Sowohl die Zähne des Hohlrades 6 als auch die Zähne des Stirnrades 4 sind geradflankig ausgeführt und übertragen die Umfangskräfte flächentragend.

Aus der Fig. 2 ist weiter entnehmbar, daß grundsätzlich das dynamisch bei schnellen Beschleunigungen und Verzögerungen wirkende GD2 bei einem orbitierenden Stirnrad geringer ist als bei einem orbitierenden Hohlrad mit seinem größeren Raddurchmesser. Es ist aber auch aus Fig. 2 entnehmbar, daß das GD2 bei einem orbitierenden Stirnrad weiterhin sinkt dadurch, daß die Parallel-Kurbeln oder Exzenter, welche die Orbit-Bewegung besorgen, nicht mehr in das Stirnrad eingebracht werden, sondern dezentral und außerhalb des Stirnrades liegen.

Bei Drei-Parallel-Kurbeltrieben für eine Orbit-Bewegung des Hohlrades oder des Stirnrades müssen die drei Kurbelpunkte auf den Eckpunkten eines spitzwinkligen Dreiecks liegen mit einem Innenwinkel um 60°.

Fig. 1 zeigt, daß wenn die Blindexzenter nur Führungsfunktion haben der Innenwinkel an der Dreiecksspitze bis auf 90° vergrößert werden kann, was weiterhin zu einem kompakten Getriebe führt.


Anspruch[de]
  1. 1. Kreisschubgetriebe mit einem Hohlrad mit einer Innenverzahnung, einem Stirnrad mit einer Außenverzahnung und mindestens drei Parallelkurbeln, wobei das Stirnrad, durch die Parallelkurbeln geführt, eine eigendrehungsfreie kreisförmige Schiebebewegung erfährt und das Hohlrad um eine ortsfeste Achse drehbar ist und mit dem Stirnrad in Eingriff steht, wobei Antriebs- und Abtriebswelle koaxial zueinander sind und wobei auf der Antriebswelle ein Antriebsexzenter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelkurbeln durch Kurbelexzenter gebildet sind, daß der Antriebsexzenter (2) zugleich als Kurbelexzenter wirkt, daß lediglich zwei weitere als Blindkurbeln (3) dienende Parallelkurbeln vorgesehen sind und daß der Antriebs-/Kurbelexzenter (2) und die zwei weiteren Blindkurbelexzenter (3) jeweils auf den Ecken eines Dreiecks angeordnet sind, wobei ein Eck des Dreieckes in der Getriebemitte liegt.
  2. 2. Kreisschubgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindkurbeln (3) dezentral innerhalb eines mit dem Stirnrad fest verbundenen Lenkers (5) versetzt zur Wirkebene von Stirnrad/Hohlrad (4, 6) angeordnet sind.
  3. 3. Kreisschubgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Stirnrades (4) ebenso geradflankig und flächentragend ausgebildet sind, wie die Zähne des Hohlrades (6).






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