DE10044973A1

DE10044973A1 - Getriebe zur Umsetzung einer gleichförmigen Rotation in die ungleichförmige Rotation der Antriebsachsen eines Gelenkachsensystems

Info

Publication number: DE10044973A1
Application number: DE10044973A
Authority: DE
Inventors: Niels Holl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2002-05-02

Abstract

Bisherige Getriebe zum Antrieb eines Gelenkachsensystems sind meist aufwendig und mathematisch nicht exakt, was zu Verlusten und Verschleiß führt. Mit dem neuen Getriebe können die zwei Antriebsachsen eines Gelenkachsensystems gleichzeitig und mathematisch exakt angetrieben werden. Weiterhin ist die Ausführung auf wenige Getriebeelemente reduziert und damit kostengünstig. DOLLAR A Die Getriebevorrichtung besteht aus je einem Kardangelenk auf einer Antriebsachse. Die Achse des ersten Kardanelementes steht senkrecht zur Achse des ersten Gliedes des Gelenkachsensystems. Die beiden Kardangelenke sind über übliche Getriebeelemente (z. B. Kegelräder und eine starre Achse) miteinander verbunden. Dort kann ein gleichförmig rotierender Motor angreifen (Abb. 3). DOLLAR A Mit diesem Getriebe kann ein Gelenkachsensystem effektiv angetrieben werden, was den industriellen Einsatz wesentlich erleichtert (z. B. Mischtechnik, Oloid-Gewässersanierung, Unterwasserantrieb).

Description

Ein wesentlicher Bestandteil um ein Gelenkachsensystem (oder inversionskinematisches Element) mit orthogonalen Achsen (Abb. 1)) anzutreiben, ist eine getriebeartige Vorrichtung, um von einer gleichförmigen Rotation zu der ungleichförmigen Rotation der Antriebsachsen eines Gelenkachsensystems zu gelangen. Weiterhin sollten die beiden Antriebsachsen gleichzeitig exakt im richtigen Verhältnis zueinander angetrieben werden. Der Antrieb nur einer Achse ist wegen der dann auftretenden Verspannungen in der Mechanik nicht geeignet. Diese Problemstellung tritt z. B. bei den Systemen auf, die nach den Ideen von Paul Schatz ("Rhythmusforschung und Technik", Verlag Freies Geistesleben, Stuttgart, 1975) zum Einsatz kommen. Dabei handelt es sich im wesentlichen um dreigliedrige Gelenkachsensysteme.

Bisherige Lösungen waren meist aufwendig und mathematisch nicht exakt, was mit hohen Kosten verbunden war und zu Verlusten und Verschleiß geführt hat.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine mathematisch exakte, kostengünstige Getriebevorrichtung zu entwickeln, die ein Gelenkachsensystem (oder inversionskinematisches System) mit einem gleichförmig rotierenden Motor an beiden Achsen gleichzeitig im richtigen Verhältnis antreiben kann.

Im Patentanspruch 1 wird ein (meist unerwünschter) Effekt von Kardangelenken genutzt, der sog. Kardanfehler. Durch die richtige Wahl des Kardanwinkels erreicht man, daß die vom Gelenkachsensystem erzwungene, ungleichförmige Rotation der Antriebsachsen in eine gleichförmige Rotation umgesetzt wird.

Weiterhin ist die richtige Stellung der Kardankreuze zueinander und zu den Achsen des Gelenksystems einzustellen (s. u.). Damit ist eine direkte, gleichförmig rotierende Verbindung über übliche Getriebeelemente (Achsen, Zahn-/Kegelzahnräder etc.) zwischen den beiden treibenden Achsen möglich (Abb. 2). Dieses Verbindungselement kann von gleichförmig rotierenden Motoren angetrieben werden.

Das Verhältnis von treibender Achse zu angetriebener Achse von Kardangelenken folgt der Gleichung:

tanψ = tanϕ.cosα α: Anstellwinkel Gl. 1.1.

Das Winkelverhältnis der beiden Antriebsachsen eines Gelenkachsensystems mit drei Achsen (z. B. nach Paul Schatz) folgt der Gleichung:

tanψ.tanϕ = 2 Gl. 2.1,

bzw. der Gleichung:

tanψ.tanϕ = 1/2 Gl. 2.2.

Gl. 2.1 und 2.2 sind mathematisch und technisch gleichbedeutend.

Über die Beziehung tanψ = - 1/tan(ϕ + 90) läßt sich Gl. 2.2 analog zur Kardangleichung umstellen:

tanψ = tan(ϕ + 90).(- cosα) Gl. 1.2.

Vergleicht man Gl. 1.2 mit 2.2, so sieht man, daß, wenn die Verbindung zwischen den beiden Antriebsachsen des dreigliedrigen Gelenkachsensysteme über Kardangelenke erfolgt, der Gesamt-Kardanwinkel 120° betragen muß (für - cosα = 1/2) und eine Phasenverschiebung von 90° stattfinden muß.

Dies läßt sich über je ein Kardangelenk pro Antriebsachse mit 45° realisieren und eine Verdrehung des einen Kardankreuzes gegenüber dem anderen um 90° (Abb. 2).

Dies folgt aus:

tanψ = tanϕ.cosα Gl. 1.3,

cosα = 1/2, und es folgt α = 45°.

Weiterhin muß die Kardanachse des ersten Kardanelementes othogonal zur anschließenden Achse des Gelenkachsensystems stehen. Beim dreigliedrigen Gelenkachsensystem ergibt sich dann von selbst, daß die ersten Kardanachsen jeweils 90° zueinander verdreht sind.

Für mehrgliedrige Gelenkachsensysteme ändern sich die Kardanwinkel je nach dem Verhältnis der Drehwinkel der Antriebsachsen zueinander.

Eine weitere Ausgestaltung ist in Patentanspruch 2 beschrieben. Dabei werden mehrere Kardangelenke mit entsprechendem Anstellwinkel an je eine der Antriebsachsen des Gelenkachsensystems angebracht und mit entsprechenden Getriebeelementen verbunden.

Denn analog gilt:

tanψ = tanϕ.cos^xα Gl. 1.3,

cos^xα = 1/2, und es folgt α.

Dies hat den Nutzen, daß die Kräfte am Kardangelenk verringert werden und dieses kleiner dimensioniert werden kann.

Durch diese mechanisch einfache aber mathematisch exakte Vorrichtung läßt sich ein Gelenkachsensystem über einen handelsüblichen, gleichförmig rotierenden Motor antreiben. Durch die direkte, mechanische Verbindung der beiden Antriebsachsen können beide Antriebsachsen synchron und mit symmetrischer Kraftverteilung angetrieben werden. Da die Ausführung auf wenige, handelsübliche Getriebeelemente reduziert ist, kann das Getriebe auch kostengünstig hergestellt werden.

Einsatzgebiete sind u. a. Misch- und Rührtechnik, Oloid-Gewässersanierung, Unterwasserantrieb.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 3 und Abb. 4.

Abb. 3 basiert auf Patentanspruch 1.

Auf jeder der Antriebsachsen ist ein Kardangelenk mit 45° montiert. Die Achse des ersten Kardangelenkelementes steht 90° zur ersten Achse des Gelenkachsensystems. Die Kardangelenke stehen wiederum 90° zueinander (was sich dann bei einem dreigliedrigen Gelenkachsensystem automatisch ergibt). Die beiden Kardangelenke werden durch eine starre Achse über Kegelzahnräder verbunden. Diese Achse rotiert gleichförmig und wird über ein weiteres Kegelzahnrad vom Motor angetrieben.

In Abb. 4 ist eine konkrete Anwendung dargestellt. Das mittlere Glied eines Gelenkachsensystems wird durch eine Mischtrommel ersetzt (Stand der Technik).

Claims

1. Getriebevorrichtung zur Umsetzung einer gleichförmigen Rotation in die ungleichförmige Rotation der Antriebsachsen eines Gelenkachsensystems oder inversionskinematischen Elementes, gekennzeichnet dadurch, daß:
pro Antriebsachse ein Kardangelenk mit einem Anstellwinkel von 45° montiert ist,
die jeweils erste Kardanachse dieser Kardangelenke um 90° zu den jeweiligen Drehachsen des Gelenksystems stehen,
die beiden treibenden Achsen der Kardangelenke 1 : 1 durch geläufige Getriebeelemente verbunden sind,
an einem der gleichförmig rotierenden Getriebeelemente eine gleichförmig rotierende, treibende Achse angreift.

2. Vorrichtung wie in Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Anstellwinkel von 45° der Kardangelenke durch mehrere Kardangelenke in Folge mit entsprechenden Winkeln realisiert wird.