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Die
Erfindung betrifft ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe,
das über Kurbelwellen, ein mit den Drehungen der Kurbelwellen
schwingendes Zahnrad mit einer Außenverzahnung und eine
in die Außenverzahnung eingreifende Innenverzahnung an einem
Gehäuse für das schwingbare Zahnrad eine Drehbewegung überträgt.
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Bei
verschiedenen Industriemaschinen oder dergleichen dient ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
als Untersetzungsgetriebe, durch das ein hohes Untersetzungsverhältnis
realisierbar ist. Solches Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe weist
Kurbelwellen, ein mit den Drehungen der Kurbelwellen schwingendes
Zahnrad mit einer Außenverzahnung und eine in die Außenverzahnung
eingreifende Innenverzahnung an einem Gehäuse für das
schwingbare Zahnrad auf, wobei eine Drehbewegung über diese
Bauteile übertragen wird. Dies ist z. B. aus einem Patentdokument
1 oder 2 bekannt.
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Beim
im Patentdokument 1 beschriebenen Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
handelt es sich um einen sogenannten Typ von desaxierten Kurbeln,
wobei um eine Mittellinie des Untersetzungsgetriebes herum mehrere
Kurbelwellen angeordnet sind, von denen nur eine die Einleitung
der Drehantriebskraft ermöglicht. Durch die einzige Kurbelwelle
zur Einleitung der Drehantriebskraft sollen ein Entfall der Zahnradsanordnung
im zentralen Bereich und eine Reduzierung der zunehmenden Zahl der
Bauteile erreicht werden. Beim im Patentdokument 2 beschriebenen
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe handelt es sich um einen
sogenannten Typ von Mittelkurbel, wobei die Drehantriebskraft auf
eine in der Mittellinie des Untersetzungsgetriebes angeordnete Kurbelwelle übertragen wird.
Beim Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe nach dem Patentdokument
2 ist ein Innenstift vorgesehen, durch den der der Exzentrizität
entsprechende Versatz der Mittellinien zwischen der Außen- und
Innenverzahnungen in einer Bohrung des schwingbaren Zahnrades ausgeglichen
werden kann, wodurch zwischen einer exzentrischen Nase des Innenstiftes
und dem Innenumfang der Bohrung des schwingbaren Zahnrades kein
der Exzentrizität entsprechender Raum vorhanden ist. Dies
bezweckt eine Verringerung des Totgangs.
- [Patentdokument
1] JP-Patentoffenlegung 2001-323972
- [Patentdokument 2] JP-Patentoffenlegung 2004-301273
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Beim
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe nach dem Patentdokument
1 oder 2 ist eine radiale Gegenkraft als Anteil an Belastungen,
die unter Eingriff der Außenverzahnungen mit den Innenverzahnungen über
das schwingbare Zahnrad auf die Kurbelwelle wirken, zu groß,
so dass die Festigkeit der Kurbelwelle im Vergleich mit den anderen Bauteilen
des Untersetzungsgetriebe zuerst problematisch ist. Daher wird die
Belastbarkeit, die ein maximales Drehmoment des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes
darstellt, aufgrund der zulässigen Belastung der Kurbelwelle
festgesetzt. Wenn das maximale Drehmoment des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes
vergrößert werden soll, wird somit diese Vergrößerung
beim Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe nach dem Patentdokument
1 durch die Belastbarkeit beschränkt, die dort abhängig
von der Festigkeit der Kurbelwelle, in die die Drehantriebskraft
eingegeben wird, und von den Festigkeiten der anderen Kurbelwellen
festgesetzt wird. Auch beim Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
nach dem Patentdokument 2 wird die Vergrößerung
des maximalen Drehmoments durch die durch die Festigkeit der Kurbelwelle
festgesetzte Belastbarkeit beschränkt, da der zur Verringerung des
Totgangs dienende Innenstift die radiale Gegenkraft nicht aufnehmen
kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung
der obigen wirklichen Sachlagen ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe zu
schaffen, das eine Reduzierung der radialen, auf die Kurbelwellen
wirkenden Gegenkräfte und eine Vergrößerung
der Belastbarkeit (des maximalen Drehmoments) ermöglicht.
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Die
erste Erfindung betrifft ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
mit einer Eingangswelle, die in Wirkverbindung mit einem Motor steht, mit
Stirnrädern, die in die Eingangswelle eingreifen, mit Hauptkurbelwellen,
auf denen die Stirnräder sitzen, und die Antriebsnockenteile
aufweisen, die exzentrisch zu Mittellinien der Hauptkurbelwellen
angeordnet sind, mit einer Ausgangswelle, welche die Hauptkurbelwellen
drehbar hält, mit einem schwingbaren Zahnrad, das mit den
Drehungen der Hauptkurbelwellen durch Belastungen aus den Antriebsnockenteilen
in Schwingbewegung gebracht wird, und das an einem Außenumfang
mit einer Außenverzahnung ausgebildet ist, mit einem Gehäuse, welches
das schwingbare Zahnrad aufnimmt, und mit einer Innenverzahnung
am Innenumfang des Gehäuses, die in die Außenverzahnung
eingreift, und ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Stirnräder
und zwei oder mehr Hauptkurbelwellen vorgesehen sind, dass eine
Hilfskurbelwelle vorgesehen ist, die relativ zur Ausgangswelle drehbar
gehalten ist, und die exzentrisch zu ihrer Mittellinie angeordnete Abtriebsnockenteile
aufweist, und dass die Hauptkurbelwellen derart angeordnet sind,
dass sich ihre Mittellinien rechtwinkelig mit einem gemeinsamen
Kreis kreuzen, wobei die Hilfskurbelwelle innerhalb des Kreises
angeordnet ist und bei der Schwingung (Drehung) des schwingbaren
Zahnrades an ihren Antriebsnockenteilen mit Belastungen aus dem schwingbaren
Zahnrad beaufschlagt wird (Belastungen aus dem schwingbaren Zahnrad
teilsweise aufnimmt).
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Gemäß dieser
Erfindung wird die Drehantriebskraft aus dem Motor über
die Stirnräder in jede Hauptkurbelwelle eingegeben. Auf
der Ausgangswelle ist neben den Hauptkurbelwellen noch die Hilfskurbelwelle
gehalten, wobei die Belastung bei der Schwingbewegung des schwingbaren
Zahnrades auf diese Hilfskurbelwelle wirkt, so dass die radialen
Gegenkräfte auch von der Hilfskurbelwelle aufgenommen werden
können. Dadurch wird es ermöglicht, dass die radialen
Gegenkräfte von den zwei oder mehr Hauptkurbelwellen und
auch von der Hilfskurbelwelle, die nützlich innerhalb des
Kreises, auf dem die Hauptkurbelwellen angeordnet sind, aufgenommen
werden können, wodurch die radialen, auf die Kurbelwellen
wirkenden Gegenkräfte reduziert werden können,
ohne die Großdimensionierung des Untersetzungsgetriebes
zu verursachen, wie bei Untersetzungsgetriebe, wo keine Hilfskurbelwelle
vorgesehen ist. Auf diese Weise können die radialen, auf
die Kurbelwellen wirkenden Gegenkräfte reduziert werden,
so dass die Beschränkung der aufgrund der zulässigen
Belastungen der Kurbelwellen festgesetzten Belastbarkeit (des maximalen
Drehmoments) des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes gemildert
werden kann, was zu Vergrößerung der Belastbarkeit
führt. Dadurch ist auch eine Erhöhung der Ermüdungslebensdauer
möglich, die der Kurbelwelle Beschränkung auferlegt,
wenn das Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe unter gleichen
Belastungsbedingungen wie beim Stand der Technik verwendet wird.
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Die
zweite Erfindung betrifft ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
gemäß der ersten Erfindung und ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Hauptkurbelwellen in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabständen
um die Mittellinie des Kreises angeordnet sind.
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Da
die Hauptkurbelwellen gemäß der zweiten Erfindung
in Umfangsrichtung in gleichen Winkelabständen um die Mittellinie
des Kreises angeordnet sind, können die Hauptkurbelwellen
gleichmäßig jeweils eine radiale Gegenkraft bis
auf die auf die Hilfskurbelwelle wirkenden Gegenkraft aufnehmen. Dies
führt zu Vermeidung der ungleichmäßigen
Belastbarkeiten zwischen den Hauptkurbelwellen und damit zu wirksamer
Vergrößerung der Belastbarkeit.
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Die
dritte Erfindung betrifft ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
mit einer Eingangswelle, die in Wirkverbindung mit einem Motor steht, mit
Stirnrädern, die in die Eingangswelle eingreifen, mit Hauptkurbelwellen,
auf denen die Stirnräder sitzen, und die Antriebsnockenteile
aufweisen, die exzentrisch zu Mittellinien der Hauptkurbelwellen
angeordnet sind, mit einer Ausgangswelle, welche die Hauptkurbelwellen
drehbar hält, mit einem schwingbaren Zahnrad, das mit den
Drehungen der Hauptkurbelwellen durch Belastungen aus den Antriebsnockenteilen
in Schwingbewegung gebracht wird, und das an einem Außenumfang
mit einer Außenverzahnung ausgebildet ist, mit einem Gehäuse, welches
das schwingbare Zahnrad aufnimmt, und mit einer Innenverzahnung
am Innenumfang des Gehäuses, die in die Außenverzahnung
eingreift, und ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere (nämlich
zwei oder mehr) Stirnräder und mehrere (nämlich
zwei oder mehr) Hauptkurbelwellen vorgesehen sind, dass eine Hilfskurbelwelle
vorgesehen ist, die relativ zur Ausgangswelle drehbar gehalten ist,
und die exzentrisch zu ihrer Mittellinie angeordnete Abtriebsnockenteile
aufweist, und dass die Hilfskurbelwelle derart angeordnet ist, dass
die Mittellinie jeder Hauptkurbelwelle in gleichem Abstand von der
Mittellinie der Hilfskurbelwelle positioniert ist, wobei die Hilfskurbelwelle
bei der Schwingung (Drehung) des schwingbaren Zahnrades an ihren
Antriebsnockenteilen mit Belastungen aus dem schwingbaren Zahnrad
beaufschlagt wird (Belastungen aus dem schwingbaren Zahnrad teilsweise
aufnimmt).
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Gemäß dieser
Erfindung wird die Drehantriebskraft aus dem Motor über
die Stirnräder in jede Hauptkurbelwelle eingegeben. Auf
der Ausgangswelle ist neben den Hauptkurbelwellen noch die Hilfskurbelwelle
gehalten, wobei die Belastung bei der Schwingbewegung des schwingbaren
Zahnrades auf diese Hilfskurbelwelle wirkt, so dass die radialen
Gegenkräfte auch von der Hilfskurbelwelle aufgenommen werden
können. Da die Hilfskurbelwelle derart angeordnet ist,
dass die Mittellinie jeder Hauptkurbelwelle in gleichem Abstand
von der Mittellinie der Hilfskurbelwelle positioniert ist, können
die radialen Gegenkräfte von jeder Hauptkurbelwelle auf
die Hilfskurbelwelle gleichmäßig verteilt werden.
Dadurch wird es ermöglicht, dass die radialen Gegenkräfte
von der Hilfskurbelwelle und den Hauptkurbelwellen gut balanciert
aufgenommen werden können, wodurch die radialen, auf die
Kurbelwellen wirkenden Gegenkräfte reduziert werden können,
ohne die Großdimensionierung des Untersetzungsgetriebes zu
verursachen, wie bei Untersetzungsgetriebe, wo keine Hilfskurbelwelle
vorgesehen ist. Auf diese Weise können die radialen, auf
die Kurbelwellen wirkenden Gegenkräfte reduziert werden,
so dass die Beschränkung der aufgrund der zulässigen
Belastungen der Kurbelwellen festgesetzten Belastbarkeit (des maximalen
Drehmoments) des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes gemildert
werden kann, was zu Vergrößerung der Belastbarkeit
führt. Dadurch ist auch eine Erhöhung der Ermüdungslebensdauer
möglich, die der Kurbelwelle Beschränkung auferlegt,
wenn das Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe unter gleichen
Belastungsbedingungen wie beim Stand der Technik verwendet wird.
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Die
vierte Erfindung betrifft ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
gemäß einer der ersten bis dritten Erfindung und
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskurbelwelle so angeordnet
ist, dass sie durch das schwingbare Zahnrad mit einer radialen Belastung beaufschlagt
wird, die bezüglich der Stärke einer radialen,
von jeder Hauptkurbelwelle auf das schwingbare Zahnrad wirkenden
Belastung gleich ist.
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Da
die Hilfskurbelwelle gemäß dieser Erfindung durch
das schwingbare Zahnrad mit einer radialen Belastung beaufschlagt
wird, die bezüglich der Stärke der radialen, von
jeder Hauptkurbelwelle auf das schwingbare Zahnrad wirkenden Belastung gleich
ist, können die radialen Gegenkräfte gleichmäßig
von der Hilfskurbelwelle und den Hauptkurbelwellen aufgenommen werden,
so dass eine wirksame Reduzierung der radialen, auf die Hauptkurbelwellen wirkenden
Gegenkraft und damit eine Vergrößerung der Belastbarkeit
des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes möglich
ist.
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Die
fünfte Erfindung betrifft ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
gemäß einer der ersten bis vierten Erfindung und
ist dadurch gekennzeichnet, dass das schwingbare Zahnrad eine zentrale
Bohrung aufweist, wobei die Hilfskurbelwelle die zentrale Bohrung
durchsetzend angeordnet ist.
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Da
das schwingbare Zahnrad gemäß dieser Erfindung
die zentrale Bohrung aufweist, wobei die Hilfskurbelwelle die zentrale
Bohrung durchsetzend angeordnet ist, können die radialen
Gegenkräfte von der Hilfskurbelwelle und den Hauptkurbelwellen
gut balanciert aufgenommen werden, wodurch die radialen, auf die
Kurbelwellen wirkenden Gegenkräfte reduziert werden können,
ohne die Großdimensionierung des Untersetzungsgetriebes
zu verursachen, wie bei Untersetzungsgetriebe, wo keine Hilfskurbelwelle
vorgesehen ist.
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Es
zeigt:
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1 das
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung in Schnitt,
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2 einen
Schnitt entlang der Linie II-II in 1 und
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3 die
Hauptkurbelwellen und die Hilfskurbelwelle nach 2 in
Schnitt.
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Im
Folgenden wird ein Beispiel zur Ausführung der Erfindung
anhand der Zeichnung erläutert. Das Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe, das
für das Ausführungsbeispiel der Erfindung bestimmt
ist, kann auf umfangreiche Anwendung finden, und zwar bei verschiedenen
Industriemaschinen, Baumaschinen usw., wie bei Industrierobotern oder
verschiedenen Werkzeugmaschinen. Beispielsweise ist die Anwendung
auf eine Windmühle vorteilhaft, da dort immer mehr vergrößerter
Flügeldurchmesser (Schaufeldurchmesser) ein Untersetzungsgetriebe
mit großer Belastbarkeit für einen Yaw-Antrieb
fordert. Bei Yaw-Antrieb handelt es sich um Antrieb, der abhängig
von der Windrichtung die Windmühle ausrichtet. Die Erfindung
wird aber nicht auf solches Beispiel beschränkt, sondern
kann auf umfangreiche Anwendung finden, wenn das Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe
zur Übertragung der Drehbewegung aus einer Kurbelwelle,
einem mit der Drehung der Kurbelwelle eine Schwingbewegung durchführenden
schwingbaren Zahnrad mit einer Außenzahnung und einer in
diese eingreifenden Innenzahnung, die in einem Gehäuse
für das schwingbare Zahnrad angeordnet ist, besteht.
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(Gesamter Aufbau des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes)
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes 1 in Schnitt.
Das Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 dient
z. B. als Yaw-Antrieb für die Windmühle und gibt
eine eingegebene Drehung aus einem Motor 100 untersetzend
aus, wie in 1 dargestellt ist. Das Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 ist
im wesentlichen mit einer Eingangswelle 11, Stirnrädern 12,
Hauptkurbelwellen 13, einer Ausgangswelle 14,
einem schwingbaren Zahnrad 15, einem Gehäuse 16,
Innenzahnungen 17 und einer Hilfskurbelwelle 18 ausgebildet.
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(Aufbau des Gehäuses)
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Das
Gehäuse 16 besteht aus einem ersten Gehäuseteil 16a und
einem zweiten Gehäuseteil 16b, die zylindrisch
ausgebildet sind, wobei die beiden Gehäuseteile an ihren
Rändern mittels Schraubenbolzen miteinander verbunden sind.
Im Gehäuse 16 sind die Eingangswelle 11,
die Stirnräder 12, die Hauptkurbelwellen 13,
ein Teil der Ausgangswelle 14, das schwingbare Zahnrad 15 usw.
aufgenommen. Das Gehäuse 16 ist in einem eingangseitigen Endbereich
(in einem Endbereich des zweiten Gehäuseteiles 16b)
fest mit dem Motor 100 verbunden und in einem anderen ausgangseitigen
Endbereich (in einem Endbereich des ersten Gehäuseteiles 16a) offen
ausgebildet.
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(Anordnung von Eingangswelle und Stirnrädern)
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In
die Eingangswelle 11 wird die Drehantriebskraft aus einer
Ausgangswelle 100a des Motors 100 über
einen Planetenradmechanismus 19 eingegeben, wobei die Eingangswelle 11 in
Wirkverbindung mit dem Motor 100 steht, d. h. wobei eine
Ausgangswelle 100a des Motors 100, die über
den am Endbereich des Gehäuses 16 angebrachten
Motor 100 ragend in das Gehäuse 16 hineinragt,
mit einem Sonnenrad 19a des Planetenradmechanismus 19 verbunden
ist. Außerdem ist vorgesehen, dass Planetenräder 19b,
die in das Sonnenrad 19a eingreifen, drehbar gelagert sind
und die Eingangswelle 11 über eine Keilwellenverbindung
mit einem Innenumfang eines Planetenrahmens 19c verbunden
ist, welcher den Umlauf durchführt. Auf diese Weise kann
die Drehantriebskraft des Motors 100 über den
Planetenradmechanismus 19 untersetzt auf die Eingangswelle 11 übertragen
werden. Die Eingangswelle 11 ist dabei diametral zentrisch
im Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 angeordnet
und in einem Endbereich, der dem mit dem Planetenrahmen 19c keilwellenverbundenen
Endbereich (der Seite des Motors 100 entsprechend) gegenüberliegt,
mit einer Verzahnung 11a ausgebildet.
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Mehrere
(beim Ausführungsbeispiel drei) Stirnräder 12 sind
um die Eingangswelle 11 herum in deren Umfangsrichtung
angeordnet, wobei jedes Stirnrad 12 an der Verzahnung 11a in
Eingriff mit der Eingangswelle 11 steht. Dadurch wird die
Eingangswelle 11 durch die Drehantriebskraft des Motors 100 in
Drehbewegung gebracht, so dass die Stirnräder 12 in
Drehantrieb gebracht werden.
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(Aufbau der Kurbelwelle)
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Mehrere
(beim Ausführungsbeispiel drei) Hauptkurbelwellen 13 sind
jeweils mit einem (auf der Seite des Motors 100 vorhandenen)
Ende am Stirnrad 12 befestigt und um die Eingangswelle 11 herum in
deren Umfangsrichtung parallel zur Eingangswelle 11 angeordnet.
Die Hauptkurbelwellen 13 sind jeweils mit einem ersten
Nockenteil 13a, einem zweiten Nockenteil 13b,
einem ersten Schaftteil 13c und einem zweiten Schaftteil 13d ausgebildet,
wobei in Reihenfolge das erste Schaftteil 13c, das erste
Nockenteil 13a, das zweite Nockenteil 13b und
das zweite Schaftteil 13d in Serie geschaltet angeordnet
sind. Das erste Nockenteil 13a und das zweite Nockenteil 13b dienen
als Antriebsnockenteile, die exzentrisch zu einer Mittellinie Z1
der Hauptkurbelwelle 13 sind. Das erste Schaftteil 13c und
das zweite Schaftteil 13d sind über ein Kugellager 21 relativ
zur Ausgangswelle 14 drehbar gelagert, wodurch die Hauptkurbelwelle 13 relativ
zur Ausgangswelle 14 drehbar gehalten ist. Am Ende des
zweiten Schaftteiles 13d jeder Hauptkurbelwelle 13,
wie oben erwähnt, ist das Stirnrad 12 durch die
Keilwellenverbindung angebracht.
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(Aufbau der Hilfskurbelwelle)
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Die
Hilfskurbelwelle 18 ist zentral in diametraler Richtung
des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes 1 so angeordnet,
dass eine Mittellinie Z2 auf derselben geraden Linie wie die Eingangswelle 11 befindlich
ist. Die Hilfskurbelwelle 18 ist mit einem ersten Nockenteil 18a,
einem zweiten Nockenteil 18b, einem ersten Schaftteil 18c und
einem zweiten Schaftteil 18d ausgebildet, wobei in Reihenfolge das
erste Schafteil 18c, das erste Nockenteil 18a, das
zweite Nockenteil 18b und das zweite Schaftteil 18d in
Serie geschaltet angeordnet sind. Das erste Nockenteil 18a und
das zweite Nockenteil 18b dienen als Abtriebsnockenteile,
die exzentrisch zu der Mittellinie Z2 der Hilfskurbelwelle 18 angeordnet sind.
Das erste Schaftteil 18c und das zweite Schaftteil 18d sind über
Wälzlager 26 relativ zur Ausgangswelle 14 drehbar
gehalten.
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(Anordnung der Ausgangswelle)
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Die
Ausgangswelle 14 ist mit einem Ende, das dem Motor 100 gegenüberliegend
angeordnet ist, im Gehäuse 16 aufgenommen und
mit einem anderen Ende, das eine Ausgangsseite bildet, über
das Gehäuse 16 ragend angeordnet. Die Ausgangswelle 14 ist über
ausgangseitige, über den Innenumfang des Gehäuses 16 angeordnete
Wälzlager 22 und motorseitige 100 Kugellager 23 am
Gehäuse drehbar gelagert. Die Hauptkurbelwellen 13 und
die Hilfskurbelwelle 18 sind in einem Endbereich dieser
Ausgangswelle 14 drehbar gelagert. 2 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie II-II. Aus 1 und 2 ersichtlich
ist, sind drei Säulenteile 14a in einem Endbereich
der Ausgangswelle 14 über den Umfang in gleichem
Winkelabstand angeordnet. In einem anderen Endbereich der Ausgangswelle 14,
der über das Gehäuse 16 ragt, ist ein
Ausgangsrad 30 angebracht.
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(Aufbau des schwingbaren Zahnrades)
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, ist das schwingbare
Zahnrad 15 aus einem ersten schwingbaren Zahnrad 15a und
einem zweiten schwingbaren Zahnrad 15b zusammengesetzt,
die parallel zueinander zusammengehalten im Gehäuse 16 aufgenommen
sind. Das erste schwingbare Zahnrad 15a ist auf dem Außenumfang
mit einer Außenverzahnung 24a ausgebildet. Das
zweite schwingbare Zahnrad 15b ist ebenfalls auf dem Außenumfang
mit einer Außenverzahnung 24b ausgebildet. Im
ersten und zweiten schwingbaren Zahnrad 15a und 15b sind
jeweils erste Bohrungen 27, die von den Hauptkurbelwellen 13 durchgesetzt
sind, zweite Bohrungen 28, die von den Säulenteilen 14a der
Ausgangswelle 14 durchgesetzt sind, und eine dritte Bohrung 29,
die von der Hilfskurbelwelle 18 durchgesetzt ist, gebildet.
Die ersten Bohrungen 27, die zweiten Bohrungen 28 und
die dritte Bohrung 29 sind im ersten schwingbaren Zahnrad 15a und
im zweiten schwingbaren Zahnrad 15b jeweils zueinander
gegenüberliegend angeordnet.
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Die
ersten Bohrungen 27 des schwingbaren Zahnrades 15 sind
als kreisförmige Bohrungen ausgebildet, wobei drei erste
Bohrungen entsprechend drei Hauptkurbelwellen 13 in gleichem
Abstand voneinander über den Umfang des schwingbaren Zahnrades 15 vorgesehen
sind. Durch die ersten Bohrungen 27 ist beim ersten schwingbaren
Zahnrad 15a das erste Nockenteil 13a über
Nadellager 20a und beim zweiten schwingbaren Zahnrad 15b das
zweite Nockenteil 13b über Nadellager 20b gehalten.
Die zweiten Bohrungen 28 sind jeweils als trapezförmige Bohrung
ausgebildet, die am Boden und an den Ecken bogenförmig
gebildet ist, wobei drei zweite Bohrungen 28 entsprechend
drei Säulenteilen 14a in gleichem Abstand voneinander über
den Umfang des schwingbaren Zahnrades 15 vorgesehen sind.
Die zweiten Bohrungen 28 und die ersten Bohrungen 27 sind
also über den Umfang des schwingbaren Zahnrades 15 abwechselnd
angeordnet. Die zweiten Bohrungen 28 sind mit Spiel jeweils
vom Säulenteil 14a durchgesetzt. Die dritte Bohrung 29 ist
als zentrale kreisförmige Bohrung ausgebildet, die im Zentralbereich
des schwingbaren Zahnrades 15 gebildet ist, wobei die dritte
Bohrung 29 entsprechend der Hilfskurbelwelle 18 ausgebildet
ist. Durch die dritte Bohrung 29 ist beim ersten schwingbaren
Zahnrad 15a das erste Nockenteil 18a über
ein Nadellager 25a und beim zweiten schwingbaren Zahnrad 15b das zweite
Nockenteil 18b über ein Nadellager 25b gehalten.
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Da
das schwingbare Zahnrad 15, die Hauptkurbelwellen 13 und
die Hilfskurbelwelle 18 auf oben erwähnten Weisen
angeordnet sind, üben das erste Nockenteil 13a und
das zweite Nockenteil 13b, die Antriebsnockenteile bilden,
mit den Drehungen der Hauptkurbelwellen 13 auf das schwingbare
Zahnrad 15 eine Belastung aus, wenn die Drehantriebskraft von
der Eingangswelle 11 über die Stirnräder 12 auf die
Hauptkurbelwellen 13 übertragen wird. Durch diese
Belastung wird das schwingbare Zahnrad 15 (das erste schwingbare
Zahnrad 15a und das zweite schwingbare Zahnrad 15b)
in Eingriff mit den Innenverzahnungen 17 und dadurch in
Drehbewegung gebracht. Dabei wirkt die von den Innenverzahnungen 17 erzeugte
Gegenkraft auf das schwingbare Zahnrad 15 (das erste schwingbare
Zahnrad 15a und das zweite schwingbare Zahnrad 15b).
Diese Gegenkraft des schwingbaren Zahnrades 15 wird von
den Hauptkurbelwellen 13 und der Hilfskurbelwelle 18 aufgenommen.
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(Aufbau der Innenverzahnung)
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, sind die Innenverzahnungen 17 jeweils
als stiftartiges Bauelement ausgebildet, das am Innenumfang des
Gehäuses 16 gebildet ist, und das in Eingriff
mit den Außenverzahnungen (24a, 24b)
des schwingbaren Zahnrades 15 (des ersten schwingbaren
Zahnrades 15a und des zweiten schwingbaren Zahnrades 15b) steht.
Die Innenverzahnungen 17 sind in das Gehäuse 16 eingesetzt
in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Die Zähnezahl
der Innenverzahnung 17 ist gegenüber der Zähnezahl
von Außenverzahnung 24a des ersten schwingbaren
Zahnrades 15a und Außenverzahnung 24b des
zweiten schwingbaren Zahnrades 15b um einen Zahn (oder
auch um mehrere Zähne) größer, so dass
der Eingriff der Innenverzahnungen 17 mit den Außenverzahnungen
(24a, 24b) verschoben wird und das schwingbare
Zahnrad 15 (das erste schwingbare Zahnrad 15a und
das zweite schwingbare Zahnrad 15b) in schwingende Drehbewegung
versetzt wird.
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(Beziehung der Kurbelwellen mit der Hilfskurbelwelle)
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Beim
oben erwähnten Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 sind
die Hauptkurbelwellen 13 derart angeordnet, wie in 2 dargestellt, dass
ihre Mittellinien Z1 auf einem gemeinsamen (virtuellen) Kreis C
(in 2 mit Strich-Punkt-Linie dargestellt) vorhanden
sind, wobei die Mittellinie Z1 jeder Hauptkurbelwelle 13 den
Umfang des Kreises C rechtwinkelig kreuzt. Außerdem sind
die Hauptkurbelwellen 13 in Umfangsrichtung des Kreises
C in gleichem Abstand voneinander angeordnet, wobei die Hilfskurbelwelle 18 innerhalb
des Umfangs des Kreises C angeordnet ist. Die Hilfskurbelwelle 18 ist so
angeordnet, dass ihre Mittellinie Z2 in (in 2 mit Doppelpfeil
bezeichnetem) in Abstand D von der Mittellinie Z1 jeder Hauptkurbelwelle 13 positioniert
ist. Das erste Nockenteil 13a, das zweite Nockenteil 13b und
die Abtriebsnockenteile 18a, 18b weisen in axialer
Richtung jeweils eine etwa gleiche Breite auf.
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Durch
diese Anordnung ist das Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 so
ausgelegt, dass die Hilfskurbelwelle 18 die vom schwingbaren
Zahnrad 15 erzeugte und auf jede Hauptkurbelwelle 13 wirkende
Gegenkraft aufnimmt. 3 zeigt die Hauptkurbelwellen 13 und
die Hilfskurbelwelle 18 in Schnitt. Aus 3 ergibt
sich folgende Funktion: wenn die Innenverzahnungen 17 durch
ihren Eingriff mit der Außenverzahnung 24b des
zweiten schwingbaren Zahnrades 15b mit radialer Kraft F
belastet werden, so wirkt jeweils eine radiale entgegengerichtete
Gegenkraft Fa über das schwingbare Zahnrad 15 gleichmäßig
auf die Hauptkurbelwellen 13 und die Hilfskurbelwelle 18.
Also ergibt sich die Beziehung F = 4Fa. Wie in 3 gezeigt
ist, kann die Hilfskurbelwelle 18, die den kleineren Durchmesser
als jede Hauptkurbelwelle 13 aufweist, eine radiale Gegenkraft
Fa aufnehmen, die der auf jede Hauptkurbelwelle 13 wirkende
Kraft Fa gleich ist.
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(Funktion des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes)
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Wenn
die durch die Drehung der Ausgangswelle 100a des Motors 100 erzeugte
Drehantriebskraft des Motors 100 über den Planetenradmechanismus 19 auf
die Eingangswelle 11 übertragen wird, dann werden
die in die Verzahnung 11a eingreifenden Stirnräder 12 durch
die Drehung der Eingangswelle 11 in Drehbewegung gebracht.
Mit den Drehungen der Stirnräder 12 drehen sich
die Hauptkurbelwellen 13. Mit den Drehungen der Hauptkurbelwellen 13 drehen
sich das erste Nockenteil 13a und das zweite Nockenteil 13b.
Damit werden das erste schwingbare Zahnrad 15a und das
zweite schwingbare Zahnrad 15b unter oben erwähntem,
verschobenem Eingriff mit den Innenverzahnungen 17 in schwingende
Drehbewegung versetzt. Dabei nehmen jede Hauptkurbelwelle 13 und
die Hilfskurbelwelle 18 gleichmäßig die
durch die schwingende Drehbewegung des schwingbaren Zahnrades 15 erzeugte
Gegenkraft auf. Mit den schwingenden Drehbewegungen des ersten schwingbaren
Zahnrades 15a und des zweiten schwingbaren Zahnrades 15b führen
auch die über die Nadellager (20a, 20b)
drehbar gehaltenen Hauptkurbelwellen 13 um die Achse der
Eingangswelle 11 eine Umlaufbewegung durch. Dadurch wird
die Ausgangswelle 14, welche die Hauptkurbelwellen 13 drehbar
hält, in Drehbewegung gebracht, so dass ein großes
Drehmoment vom Ausgangsrad 30 ausgegeben wird.
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(Vorteil des Ausführungsbeispieles)
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Beim
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 wird die
vom Motor 100 erzeugte Drehantriebskraft über
die Stirnräder 12 in jede Hauptkurbelwelle 13 eingegeben.
Die Ausgangswelle 14 hält neben den Hauptkurbelwellen 13 noch
die Hilfskurbelwelle 18, wobei die radiale Gegenkraft auch
von der Hilfskurbelwelle 18 aufgenommen werden kann. Die Hilfskurbelwelle 18 ist
innerhalb des Kreises C, auf dem die Hauptkurbelwellen 13 positioniert
sind, raumsparend angeordnet, so dass die radialen auf die Hauptkurbelwellen 13 wirkenden
Gegenkräfte reduziert werden können, ohne die
Großdimensionierung des Untersetzungsgetriebes zu verursachen, wie
bei Untersetzungsgetriebe, wo keine Hilfskurbelwelle 18 vorgesehen
ist. Durch die reduzierbaren, radialen auf die Hauptkurbelwelle 13 wirkenden
Gegenkräfte kann die Begrenzung der Belastbarkeit (des
maximalen Drehmoments) des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes 1 gelockert
werden, so dass die Vergrößerung der Belastbarkeit
möglich ist. Dadurch ist auch eine Erhöhung der
Ermüdungslebensdauer möglich, die der Kurbelwelle
Beschränkung auferlegt, wenn das Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 unter
gleichen Belastungsbedingungen wie beim Stand der Technik verwendet wird.
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Die
Anordnung der Hilfskurbelwelle 18 innerhalb des Kreises
C, auf dem die Hauptkurbelwellen 13 positioniert sind,
führt dazu, dass die Hilfskurbelwelle 18 gegenüber
der Mittellinie jeder Hauptkurbelwelle 13 der Mittellinie
des schwingbaren Zahnrades 15 näher positioniert
ist. Die Hilfskurbelwelle 18, die von keiner Gegenkraft
des Drehmoments beeinflusst wird, kann gegenüber den Hauptkurbelwellen 13 einen
kleineren Durchmesser aufweisen.
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Durch
das Ausführungsbeispiel kann somit ein Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 geschaffen
werden, bei dem die radiale, auf die Kurbelwelle wirkende Gegenkraft
reduziert und damit die Belastbarkeit (das maximale Drehmoment)
vergrößert werden kann.
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Beim
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 sind die
Hauptkurbelwellen 13 auf dem gemeinsamen Kreis C in gleichem
Winkelabstand voneinander angeordnet, wodurch die Hauptkurbelwellen 13 gleichmäßig
jeweils eine radiale Gegenkraft bis auf die auf die Hilfskurbelwelle 18 wirkenden
Gegenkraft aufnehmen können. Dies führt zu Vermeidung
der ungleichmäßigen Belastbarkeiten zwischen den
Hauptkurbelwellen 13 und zu wirksamer Vergrößerung
der Belastbarkeit.
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Beim
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 ist die Hilfskurbelwelle 18 so
angeordnet, dass ihre Mittellinie Z2 mit gleichem Abstand D von den
Mittellinien Z1 der Hauptkurbelwellen 13 positioniert ist,
so dass die radialen Gegenkräfte gleichmäßig
von den Hauptkurbelwellen 13 auf die Hilfskurbel-welle 18 verteilt
werden können. Dadurch wird es ermöglicht, dass
die radialen Gegenkräfte von der Hilfskurbelwelle 18 und
den Hauptkurbelwellen 13 gut balanciert aufgenommen werden
können, und dass die radialen auf die Hauptkurbelwellen 13 wirkenden
Gegenkräfte reduziert werden können, ohne die
Großdimensionierung des Untersetzungsgetriebes zu verursachen,
wie bei Untersetzungsgetriebe, wo keine Hilfskurbelwelle 18 vorgesehen
ist.
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Beim
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 ist es vorgesehen,
dass die Hilfskurbelwelle 18 so innerhalb des Kreises C,
auf dem die Hauptkurbelwellen 13 positioniert sind, angeordnet
ist, dass die Hilfskurbelwelle 18 von gleicher Belastung wie
jede Hauptkurbelwelle 13 beeinflusst wird, dass die Mittellinie
Z2 der Hilfskurbelwelle 18 in gleichem Abstand D von den
Mittellinien Z1 der Hauptkurbelwellen 13 vorhanden ist,
und dass die Hilfskurbelwelle 18 den kleineren Durchmesser
als jede Hauptkurbelwelle 13 aufweist. Dadurch können
die radialen Gegenkräfte gleichmäßig
von der Hilfskurbelwelle 18 und den Hauptkurbelwellen 13 aufgenommen
werden, so dass eine wirksame Reduzierung der radialen, auf jede
Hauptkurbelwelle 13 wirkenden Gegenkraft und damit eine
Vergrößerung der Belastbarkeit des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes 1 möglich
ist.
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Beim
Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebe 1 ist die Hilfskurbelwelle 18 die
dritte zentrale Bohrung 29 durchsetzend angeordnet, die
im zentralen Bereich des schwingbaren Zahnrades 15 vorgesehen
ist, so dass die radialen Gegenkräfte wirksam auf die Hilfskurbelwelle 18 verteilt
werden können. Dadurch wird es ermöglicht, dass
die radialen Gegenkräfte von der Hilfskurbelwelle 18 und
den Hauptkurbelwellen 13 gut balanciert aufgenommen werden
können, und dass die radialen auf die Hauptkurbelwellen 13 wirkenden
Gegenkräfte reduziert werden können, ohne die
Großdimensionierung des Untersetzungsgetriebes zu verursachen,
was zu Vergrößerung der Belastbarkeit des Exzenter-Differential-Untersetzungsgetriebes 1 führt.
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Das
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nicht auf das obig
beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
kann im Schutzumfang nach den Patentansprüchen verschieden
abgewandelt werden. Während beim dargestellten Ausführungsbeispiel
drei Hauptkurbelwellen vorgesehen sind, ist es auch möglich,
zwei, vier oder mehr Hauptkurbelwellen anzuordnen. Anstelle einer
Hilfskurbelwelle nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel
können auch mehrere Hilfskurbelwellen vorgesehen sein. Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel ist das schwingbare Zahnrad
aus zwei kombinierten Bauteilen zusammengesetzt. Das schwingbare
Zahnrad kann z. B. aus drei oder mehr kombinierten Bauteilen zusammengesetzt
sein. Anstelle der Innenverzahnung, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel
als stiftartiges Bauteil ausgebildet ist, kann die Innenverzahnung
einstückig am Gehäuse gebildet sein.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel werden die radialen,
von der Hilfskurbelwelle übergenommenen Gegenkräfte
gleichmäßig von den Hauptkurbelwellen abgegeben.
Es kann aber auch ungleichmäßig sein. Das dargestellte
Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Hilfskurbelwelle
und jede Hauptkurbelwelle gleichwertig die radialen Gegenkräfte
aufnehmen. Die Hilfskurbelwelle kann aber auch mehr oder weniger
die radiale Gegenkraft aufnehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2001-323972 [0003]
- - JP 2004-301273 [0003]
