DE102013011765A1

DE102013011765A1 - An- und Abtrieb der Inversionsbewegung von n-gliedrigen Gelenkketten

Info

Publication number: DE102013011765A1
Application number: DE102013011765.8A
Authority: DE
Inventors: Oliver Conradt; Johann Wolfsberger
Original assignee: ALLG ANTHROPOSOPHISCHE GES; Allgemeine Anthroposophische Gesellschaft
Current assignee: ALLG ANTHROPOSOPHISCHE GES; Allgemeine Anthroposophische Gesellschaft
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: DE102013011765B4

Abstract

Die vorliegende Vorrichtung wandelt Rotations- und/oder Schwingungsbewegungen direkt in die Inversionsbewegung einer n-gliedrigen Gelenkkette mit beliebigem charakteristischen Winkel ψ in Hin- und Rückrichtung um, wobei die Gelenkkette so dynamisch gelagert wird, dass ihre Hauptachse gestellfest bleibt oder sich höchsten parallel zu sich selbst verschiebt. Die Vorrichtung kann im Antriebsmodus sowohl zur Erzeugung von Wasser- und Luftströmungen als auch als Innen- und Aussenmischer eingesetzt werden. Im Abtriebsmodus kann die Vorrichtung zur Energiegewinnung verwende werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den direkten An- und Abtrieb für n-gliedrige Gelenkketten gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Der Begriff der n-gliedrigen Gelenkkette oder kurz Gelenkkette schliesst als Spezialfälle das einzelne Gelenkglied sowie den Gelenkring mit ein. Reduziert sich die Anzahl n der Glieder einer Gelenkkette auf n = 1, dann wird aus der Gelenkkette ein Gelenkglied. Wenn bei einer n-gliedrigen Gelenkkette das erste und letzte Glied wieder direkt miteinander verbunden sind, so wird aus der Gelenkkette ein Gelenkring. Im Folgenden wird der Begriff Gelenkkette in diesem umfassenden Sinn benutzt.
Gelenkketten können eine Symmetrie- oder Hauptachse besitzen. In den Patentschriften DE 10 2004 018 247 B3 und WO 2005/100822 A1 wurde die raumfeste Achse von sechsgliedrigen Gelenkringen mit dem Bezugszeichen (19) als Symmetrieachse bezeichnet, in der Patentschrift DE 10 2005 006 621 B3 die raumfeste Achse von Gelenkketten mit dem Bezugszeichen (1) als Hauptachse. Im Folgenden benutzen wir die etwas allgemeinere Bezeichnung Hauptachse.
Die Patentschriften DE 10 2004 018 247 B3 , DE 10 2005 006 621 B3 und WO 2005/100822 A1 offenbaren inversionskinematische Vorrichtungen, die Gelenkketten mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) so an- bzw. abtreiben, dass die jeweilige Hauptachse bis auf ev. Parallelverschiebungen raumfest bleibt.
Bei den 6-gliedrigen Gelenkringen führt die Positionierung der zwangläufigen Inversionsbewegung mit raumfester Hauptachse zum vollständigen und dynamischen Massenausgleich. Die Impulse und die Drehimpulse der einzelnen Glieder des Gelenkringes addieren sich in jeder Bewegungslage derart, dass das Gesamtsystem in Ruhe bleibt.
Den in den Patentschriften DE 10 2004 018 247 B3 , DE 10 2005 006 621 B3 und WO 2005/100822 A1 offenbarten inversionskinematischen Vorrichtungen haftet die Problematik an, dass die Gelenkketten nicht direkt, sondern nur indirekt an- oder abgetrieben werden. Bei diesen Vorrichtungen wird die Inversionsbewegung der Gelenkkette nur über die Vorgabe der räumlichen Position einzelner Gelenkachsenmittelpunkte bzw. der entsprechenden Versatzglieder, d. h. über die dynamische Lagerung der Gelenkkette erzeugt. Ein Nachteil dieser indirekten An- oder Abtriebsart ist, dass enorme Reibungsverluste und Totpunkte auftreten können, die im ungünstigsten Fall zum Stillstand der Inversionsbewegung führen.
Aufgabenstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Getriebe für Gelenkketten mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ), deren jeweilige Hauptachse (1) bis auf ev. Parallelverschiebungen während der gesamten Inversionsbewegung gestellfest gehalten wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rotations- und/oder Translationsbewegungen direkt in die Inversionsbewegung einer Gelenkkette in Hin- und Rückrichtung umzuwandeln. Die einzelnen Gelenkglieder der Gelenkkette sollen als Arbeitshebel einsetzbar sein und je nach Einsatzgebiet entsprechend modifiziert und mit Zusatzelementen versehen werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist in dem unabhängigen Patentanspruch 1 wiedergegeben. Bevorzugte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2–15. Die unabhängigen Patentansprüche 16–18 betreffen bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ausführungsbeispiele
Anhand der Zeichnungen werden der Erfindungsgegenstand und seine Komponenten näher erläutert. Es zeigen:
1 bis 3 schematisch eine sechsgliedrige, geschlossene Gelenkkette (g₀, g₁, g₂, g₃, g₄, g₅) mit charakteristischem Winkel ψ = 90° (sechsgliedriger Gelenkring des umstülpbaren Würfels).
4 und 5 schematisch eine sechsgliedrige, geschlossene Gelenkkette (g₀, g₁, g₂, g₃, g₄, g₅) mit beliebigem charakteristischem Winkel am Beispiel ψ = 65° (sechsgliedriger Gelenkring mit beliebigem charakteristischen Winkel ψ).
6 schematisch die raumfesten Hauptebenen (H₀, H₁, H₂), die raumfeste Hauptachse (1) und die ovalen Gelenkachsenmittelpunktskurven (2) des sechsgliedrigen Gelenkrings mit charakteristischem Winkel ψ = 90°.
7 schematisch die raumfesten Hauptebenen (H₀, H₁, H₂), die raumfeste Hauptachse (1) und die ovalen Gelenkachsenmittelpunktskurven (2) des sechsgliedrigen Gelenkrings mit beliebigem charakteristischem Winkel am Beispiel ψ = 65°.
8 schematisch den sechsgliedrigen Gelenkring (g₀, g₁, g₂, g₃, g₄, g₅) mit beliebigem charakteristischen Winkel und beliebigem Parallelversatz (v₀, v₁, v₂, v₃, v₄, v₅) der Gelenkachsen am Beispiel ψ = 90°.
9 schematisch den Gelenkring aus 8 wobei die sechs Glieder mit Mitnehmerelementen (3, 4) versehen sind.
10 schematisch den Gelenkring aus 8 innerhalb eines raumfesten Lagergestells (5).
11 schematisch ein einzelnes Gelenkglied (g₀) mit charakteristischem Winkel (ψ).
12 schematisch ein einzelnes Gelenkglied (g₀) mit charakteristischem Winkel (ψ) und zwei Mitnehmerelementen (3, 4),
13 schematisch ein einzelnes Gelenkglied (g₀) mit charakteristischem Winkel (ψ) versehen mit zwei Versatzgliedern (v₀, v₁) und einem raumfesten Lagergestell (5).
14 schematisch ein einzelnes Gelenkglied (g₀) mit charakteristischem Winkel (ψ) und zwei Mitnehmerelementen (3, 4) versehen mit zwei Versatzgliedern (v₀, v₁) und einem raumfesten Lagergestell (5).
15 schematisch eine n-gliedrige Gelenkkette mit charakteristischem Winkel (ψ) am Beispiel n = 3 (g₀, g₁, g₂).
16 schematisch eine n-gliedrige Gelenkkette mit charakteristischem Winkel (ψ) und Mitnehmerelementen (3, 4) am Beispiel n = 3 (g₀, g₁, g₂).
17 schematisch eine n-gliedrige Gelenkkette mit charakteristischem Winkel (ψ) am Beispiel n = 3 (g₀, g₁, g₂) versehen mit Versatzgliedern (v₀, v₁, v₂, v₃) und einem raumfesten Lagergestell (5).
18 schematisch die Gelenkkette aus 17 wobei die Glieder mit Mitnehmerelementen (3, 4) versehen sind.
19 schematisch die dynamische Lagerung des sechsgliedrigen Gelenkringes mit charakteristischem Winkel ψ = 90°, welcher in den 1 bis 3, 6 und 8 bis 10 dargestellt ist. Gezeigt werden der Aufriss (Schnitt parallel zu einer Hauptebene) zweier gegenüberliegender Kurbelschlitten (7) innerhalb des raumfesten Lagergestells (5) und der Grundriss eines der beiden Kurbelschlitten (7).
20 schematisch die dynamische Lagerung des sechsgliedrigen Gelenkringes mit beliebigem charakteristischem Winkel (ψ), welcher in den 4 bis 5, 7 bis 10 dargestellt ist. Gezeigt werden der Aufriss (Schnitt parallel zu einer Hauptebene) zweier gegenüberliegender Kurbelschlitten (7) innerhalb des raumfesten Lagergestells (5) und der Grundriss eines Kurbelschlittens (7).
21 schematisch die dynamische Lagerung einer n-gliedrigen Gelenkkette mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) anhand des Aufrisses (Schnitt parallel zu einer Hauptebene) eines Kurbelschlittens (7) mit an- bzw. abgetriebener Kurbelscheibe (8) und anhand des Grundrisses des Kurbelschlittens (7).
22 schematisch die dynamische Lagerung einer n-gliedrigen Gelenkkette mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) wie in 21 in einer Version ohne An- bzw. Abtrieb der Kurbelscheibe (8).
23 schematisch die dynamische Lagerung einer n-gliedrigen Gelenkkette mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) anhand der Schnitte parallel zu zwei direkt aufeinanderfolgenden Hauptebenen. Die Höhenlinien (14), entlang welcher die Rotationsachsen (9) hin- und hergleiten, sind im Allgemeinen versetzt.
24 einen schematischen Aufriss eines anderen Ausführungsbeispieles des Kurbelschlittens (7).
25 die isometrische Ansicht eines Getriebes mit Kurbelwelle (17), welches genau ein Versatzglied (v₃) einer n-gliedrige Gelenkkette mit charakteristischem Winkel ψ = 90° einerseits dynamisch lagert und andererseits erfindungsgemäss direkt antreibt.
26 die Explosionszeichnung des Getriebes mit Kurbelwelle (17) aus 25.
27 die isometrische Ansicht des Getriebes mit Kurbelwelle (17) aus 25 versehen mit einem Elektromotor (E) und einem sechsgliedrigen Gelenkringes mit charakteristischem Winkel ψ = 90°. In diesem Ausführungsbeispiel wird genau ein Getriebe mit Kurbelwelle eingesetzt, um die Inversionsbewegung des Gelenkringes direkten anzutreiben.
28 ein Ausführungsbeispiel in isometrischer Ansicht, bei welchem der sechsgliedrige Gelenkring mit charakteristischem Winkel ψ = 90° durch drei Getriebe mit Kurbelwelle (AG₁, AG₃, AG₅) angetrieben wird.
29 ein Ausführungsbeispiel in isometrischer Ansicht, bei welchem der sechsgliedrige Gelenkring mit charakteristischem Winkel ψ = 90° durch sechs Getriebe mit Kurbelwelle (AG₀, AG₁, AG₂, AG₃, AG₄, AG₅) angetrieben wird. Die sechs Glieder des Gelenkringes sind als Mischgefäße (23) ausgestaltet.
30 die isometrische Ansicht einer Getriebevariante für den sechsgliedrigen Gelenkring mit charakteristischem Winkel ψ = 90°, welche vier Ovalzahnräder und ein Planetengetriebe enthält. Dargestellt ist die dynamische Lagerung des Gelenkringes durch die Ovalzahnräder.
31 die isometrische Ansicht der Getriebevariante mit Ovalzahnrädern und Planetengetriebe. Dargestellt ist der erfindungsgemässe direkte Antrieb der Inversionsbewegung des sechsgliedrigen Gelenkringes mit charakteristischem Winkel ψ = 90° durch ein Planetengetriebe.
32 die isometrische Ansicht einer Getriebevariante für den sechsgliedrigen Gelenkring mit charakteristischem Winkel ψ = 90°, welche mit über Funktionen geregelten Elektromotoren arbeitet.
33 die Seitenansicht einer Getriebevariante für den sechsgliedrigen Gelenkring mit charakteristischem Winkel ψ = 90°, bei welcher die Kurbelschlitten (7) als Hebel ausgeführt sind.
34 die isometrische Ansicht der Getriebevariante mit Ovalzahnrädern und Planetengetriebe versehen mit einem Generator (G) und einem sechsgliedrigen Gelenkring mit charakteristischem Winkel ψ = 90°. Dieses Ausführungsbeispiel demonstriert den Generatorbetrieb dieser Getriebevariante.
35 die isometrische Ansicht der Getriebevariante mit Kurbelwelle versehen mit einem Generator (G) und einem sechsgliedrigen Gelenkring mit charakteristischem Winkel ψ = 90°. Dieses Ausführungsbeispiel demonstriert den Generatorbetrieb dieser Getriebevariante.
Für die gesamte Patentschrift gilt, dass die Bezugszeichen aller Figuren eindeutig festgelegt sind. Es müssen deshalb nicht in jeder Zeichnung alle Bezugszeichen neu erklärt werden.
Die 1–3 zeigen den sechsgliedrigen Gelenkring des umstülpbaren Würfels mit den sechs Gelenkachsenmittelpunkten (M₀, M₁, M₂, M₃, M₄, M₅), den sechs Gliedern bzw. Arbeitshebeln (g₀, g₁, g₂, g₃, g₄, g₅) und den sechs Gelenkachsen (a₀, a₁, a₂, a₃, a₄, a₅). Je zwei aufeinanderfolgende Gelenkachsen, also (a₀) und (a₁) oder (a₁) und (a₂) usw., schließen innerhalb eines Gelenkringes immer denselben, sogenannten charakteristischen Winkel (ψ) ein. Im Fall des umstülpbaren Würfels ist ψ genau 90°. 3 zeigt, dass sich die Gelenkachsen (a₀, a₂, a₄) einerseits und die Gelenkachsen (a₁, a₃, a₅) andererseits jeweils in einem Punkt schneiden. Diese beiden Schnittpunkte legen die Hauptachse (1) fest, welche beim Gelenkring des umstülpbaren Würfels gleichzeitig die dreizählige Symmetrieachse darstellt. In 1 sind die sechs Arbeitshebel des sechsgliedrigen Gelenkringes mit jeweils zwei dreiecksförmigen Mitnehmerelementen versehen. Das Mitnehmerelement (3) wird durch die Gelenkachse (a₁) und den Gelenkachsenmittelpunkt (M₂), das Mitnehmerelement (4) durch die Gelenkachse (a₂) und den Gelenkachsenmittelpunkt (M₁) festgelegt. Entsprechend werden die Mitnehmerelemente der anderen Arbeitshebel befestigt. (Die Arbeitshebel können auch mit andersartig geformten Mitnehmerelementen wie z. B. Oloiden versehen werden.)
Die 4–5 zeigen einen sechsgliedrigen Gelenkring mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) am Beispiel ψ = 65°. Auch im allgemeinen Fall besteht der Gelenkring aus den sechs Gelenkachsenmittelpunkten (M₀, M₁, M₂, M₃, M₄, M₅), den sechs Gliedern bzw. Arbeitshebeln (g₀, g₁, g₂, g₃, g₄, g₅) und den sechs Gelenkachsen (a₀, a₁, a₂, a₃, a₄, a₅). Je zwei aufeinanderfolgende Gelenkachsen, also (a₀) und (a₁) oder (a₁) und (a₂) usw., schließen innerhalb des sechsgliedrigen Gelenkringes immer denselben, sogenannten charakteristischen Winkel (ψ) ein. 5 zeigt, dass sich die Gelenkachsen (a₀, a₂, a₄) einerseits und die Gelenkachsen (a₁, a₃, a₅) andererseits jeweils in einem Punkt schneiden. Diese beiden Schnittpunkte legen die Hauptachse (1) fest, welche beim sechsgliedrigen Gelenkring mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) gleichzeitig die dreizählige Symmetrieachse darstellt. Die Mitnehmerelemente (3) und (4) der 4 werden auch im allgemeinen Fall durch jeweils eine Gelenkachse und einen Gelenkachsenmittelpunkt befestigt. Sie schneiden sich im Arbeitshebel (g₁) und schließen den charakteristischen Winkel (ψ) ein. Alle anderen Arbeitshebel sind entsprechend mit zwei Mitnehmerelementen ausgerüstet. (Die Arbeitshebel können auch mit andersartig geformten Mitnehmerelementen versehen werden.)
6 zeigt den sechsgliedrigen Gelenkring des umstülpbaren Würfels (ψ = 90°) mit den Gelenkachsenmittelpunkten (M₀, M₁, M₂, M₃, M₄, M₅), den Gelenkachsen (a₀, a₁, a₂, a₃, a₄, a₅), der Hauptachse (1) und den drei Hauptebenen (H₀ = H₃, H₁ = H₄, H₂ = H₅). Wenn die Inversionsbewegung des Gelenkringes so durchgeführt wird, dass die Hauptachse und die Hauptebenen raumfest bleiben, dann beschreiben alle Gelenkachsenmittelpunkte gleichartige ovale Bahnen (2), die in der jeweiligen Hauptebene liegen. Die Gelenkachsen (a₀) und (a₃), (a₁) und (a₄), (a₂) und (a₅) liegen zu jedem Zeitpunkt als Ganzes und paarweise in der Hauptebene (H₀), (H₁) respektive (H₂).
7 zeigt den sechsgliedrigen Gelenkring mit beliebigem charakteristischem Winkel (ψ) am Beispiel ψ = 65°. Wenn die Inversionsbewegung des Gelenkringes so durchgeführt wird, dass die Hauptachse (1) und die Hauptebenen (H₀ = H₃, H₁ = H₄, H₂ = H₅) raumfest bleiben, dann beschreiben alle Gelenkachsenmittelpunkte ovale Bahnen (2), die in den Hauptebenen liegen. Auch die Gelenkachsen liegen zu jedem Zeitpunkt als Ganzes in jeweils einer Hauptebene.
8 zeigt am Beispiel ψ = 90° wie bei sechsgliedrigen Gelenkringen mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) die Gelenkachsen parallel versetzt werden können. In diesem Beispiel werden gegenüberliegende Gelenkachsen um denselben Betrag und senkrecht zur entsprechenden Hauptebene parallel verschoben werden. Die Versatzglieder (v₀) und (v₃), (v₁) und (v₄), (v₂) und (v₅) sind also jeweils gleich lang. Die Längen der Versatzglieder (v₀, v₁, v₂) können aber jeweils beliebig vorgegeben werden. Dies schließt den Fall mit ein, dass ein oder mehrere gegenüberliegende Gelenkachsen nicht parallel versetzt werden.
Ein Beispiel für den Fall, dass gegenüberliegende Versatzglieder nicht gleich lang sind, ist in 28 auf Seite 35 dargestellt.
Durch Parallelversatz werden aus der Gelenkachse (a₀) aus 1–3 oder 4–5 die zwei parallel verlaufenden Gelenkachsen (a₀₁, a₀₂), aus der Gelenkachse (a₃) die zwei parallel verlaufenden Gelenkachsen (a₃₁, a₃₂), aus dem Gelenkachsenmittelpunkt (M₀) die zwei Gelenkachsenmittelpunkte (M₀₁, M₀₂) und aus dem Gelenkachsenmittelpunkt (M₃) die zwei Gelenkachsenmittelpunkte (M₃₁, M₃₂). Entsprechendes gilt für die anderen Gelenkachsen (a₁₁, a₁₂, a₂₁, a₂₂, a₄₁, a₄₂, a₅₁, a₅₂) und die Gelenkachsenmittelpunkte (M₁₁, M₁₂, M₂₁, M₂₂, M₄₁, M₄₂, M₅₁, M₅₂). Die Länge der Arbeitshebel (g₀, g₁, g₂, g₃, g₄, g₅) verändert sich nicht durch den Parallelversatz von Gelenkachsen.
9 zeigt den Gelenkring mit Parallelversatz aus 8 zusätzlich versehen mit zwei Mitnehmerelementen pro Arbeitshebel. Form, Größe und gegenseitige Stellung der Mitnehmerelemente, z. B. (3) und (4), ändern sich gegenüber dem Gelenkring ohne Parallelversatz aus den 1 und 4 nicht.
10 zeigt den Gelenkring mit Parallelversatz aus 8 eingebettet in das schematisch angedeutete Lagergestell (5). Die sechs Arme des raumfesten Lagergestells (5) verlaufen entlang den Hauptebenen (H₀, H₁, H₂) des Gelenkringes. Die Gelenkachsenmittelpunkte, z. B. (M₂₁), beschreiben ovale, geschlossene Bahnkurven (2) parallel zu genau einer Hauptebene.
Um den sechsgliedrigen Gelenkring so dynamisch zu lagern, dass dessen Hauptachse (1) während der gesamten Inversionsbewegung raumfest bleibt oder sich höchsten parallel zu sich selbst verschiebt, werden innerhalb eines Armes des Lagergestells (5) je ein Kurbelschlitten 7 (siehe dazu 19 und 20) angebracht. Je nach Anzahl der vorhandenen Kurbelschlitten – die Anzahl liegt beim sechsgliedrigen Gelenkring zwischen eins und sechs – kann das raumfeste Lagergestell (5) angepasst werden. Es muss also nicht immer sechsarmig ausgestaltet sein.
Die 11 und 12 zeigen ein einzelnes Gelenkglied (g₀) mit zwei zueinander windschiefen Gelenkachsen (a₀, a₁) und zwei Gelenkachsenmittelpunkten (M₀, M₁). Die Hauptebenen (H₀, H₁) schneiden sich in der Hauptachse (1) und schließen einen festen, jedoch in den Grenzen zwischen 0° und 90° frei wählbaren Winkel γ ein. Der charakteristische Winkel (ψ), der von den beiden Richtungen der Gelenkachsen (a₀, a₁) gebildet wird, liegt zwischen γ und 180° – γ. In 12 ist das Gelenkglied zusätzlich mit zwei dreiecksförmigen Mitnehmerelementen versehen. Das Mitnehmerelement (3) wird durch die Gelenkachse (a₀) und den Gelenkachsenmittelpunkt (M₁), das Mitnehmerelement (4) durch die Gelenkachse (a₁) und den Gelenkachsenmittelpunkt (M₀) – vgl. auch 11 – festgelegt.
Die Inversionsbewegung eines einzelnen Gelenkgliedes unterliegt der Bedingung, dass die Gelenkachse (a₀) als Ganzes immer in der Hauptebene (H₀) und die Gelenkachse (a₁) als Ganzes immer in der Hauptebene (H₁) liegt. Der Freiheitsgrad des Gelenkgliedes (g₀) wird dadurch auf zwei eingeschränkt. Die Gelenkachsenmittelpunkte (M₀, M₁) beschreiben ovale Bahnkurven (2), die in den Hauptebenen (H₀, H₁) liegen.
Die 13 und 14 zeigen das einzelne Gelenkglied aus den 11 und 12 zusätzlich versehen mit zwei Versatzgliedern (v₀, v₁) und einem raumfesten Gestell (5). Die Längen der Versatzglieder (v₀, v₁) sind beliebig, insbesondere nicht notwendigerweise gleich. Während der Inversionsbewegung des Gelenkgliedes g₀ stehen die Versatzglieder (v₀, v₁) immer senkrecht auf der jeweiligen Hauptebene (H₀, H₁).
Innerhalb beider Arme des Gestells (5) soll sich je ein Kurbelschlitten (7) (vgl. 21 und 22) befinden. Ein einzelnes Gelenkglied mit charakteristischem Winkel (ψ) wird an beiden Enden von Kurbelschlitten (7) und Kurbelscheiben (8) so dynamisch gelagert, wie es in der Beschreibung zu den 21, 22 und 23 dargestellt ist.
Die 15 und 16 zeigen die n-gliedrige Gelenkkette mit charakteristischem Winkel (ψ) am Beispiel n = 3 (g₀, g₁, g₂). Die Gelenkkette ist mit vier Gelenkachsen (a₀, a₁, a₂, a₃) und vier Gelenkachsenmittelpunkten (M₀, M₁, M₂, M₃) versehen. Alle Hauptebenen (H₀, H₁, H₂, H₃) gehen durch die Hauptachse (1) und bilden zu zweit, d. h. (H₀) und (H₁), (H₁) und (H₂), (H₂) und (H₃) denselben, jedoch beliebigen Öffnungswinkel γ zwischen 0° und 90°. Zwei in der Gelenkkette aufeinanderfolgende Gelenkachsen, also (a₀) und (a₁), (a₁) und (a₂), (a₂) und (a₃) stehen jeweils windschief zueinander und schließen denselben charakteristischen Winkel (ψ) zwischen γ und 180° – γ ein. Die Gelenkachsen (a₀, a₂) und die Gelenkachsen (a₁, a₃) treffen sich jeweils in der Hauptachse (1). In 16 ist die Gelenkkette zusätzlich mit Mitnehmerelementen versehen. Das Mitnehmerelement (3) wird durch die Gelenkachse (a₀) und den Gelenkachsenmittelpunkt (M₁) (vgl. 15), das Mitnehmerelement (4) durch die Gelenkachse (a₁) und den Gelenkachsenmittelpunkt (M₀) (vgl. 15) festgelegt. Entsprechend werden die Mitnehmerelemente der anderen Arbeitshebel befestigt.
Die Inversionsbewegung der Gelenkkette unterliegt der Bedingung, dass die Gelenkachse (a₀) als Ganzes immer durch die Hauptebene (H₀), die Gelenkachse (a₁) als Ganzes immer durch die Hauptebene (H₁), die Gelenkachse (a₂) als Ganzes immer durch die Hauptebene (H₂) und die Gelenkachse (a₃) als Ganzes immer durch die Hauptebene (H₃) verläuft. Für eine n-gliedrige Kette gilt eine entsprechende Bedingung. Die n-gliedrigen Gelenkketten (n ≥ 2), die diese Bedingung erfüllen, weisen einen allgemeinen Freiheitsgrad auf, der kleiner oder gleich eins ist, d. h. sie sind zum Teil überbestimmt. Unter Berücksichtigung der Symmetrie der Gelenkkette bezüglich der Hauptebenen ergibt sich ein Freiheitsgrad von F = 1.
Die 17 und 18 zeigen wie die 15 und 16 die n-gliedrige Gelenkkette mit charakteristischem Winkel (ψ) am Beispiel n = 3 (g₀, g₁, g₂) zusätzlich versehen mit vier Versatzgliedern (v₀, v₁, v₂, v₃) und einem raumfesten Lagergestell (5). Die Längen der Versatzglieder (v₀, v₁, v₂, v₃) sind beliebig und stehen immer senkrecht auf der entsprechenden Hauptebene (H₀, H₁, H₂, H₃). Durch das Einfügen der Versatzglieder werden aus der Gelenkachse (a₁) aus den 15 und 16 die zwei parallelen Gelenkachsen (a₁₁, a₁₂), aus der Gelenkachse (a₂) die zwei parallelen Gelenkachsen (a₂₁, a₂₂). Die Länge der Gelenkglieder (g₀, g₁, g₂) ändert sich nicht durch den Parallelversatz der Gelenkachsen. Allerdings muss die Bedingung, die an die Inversionsbewegung der Gelenkkette gestellt wurde, etwas erweitert werden. Sie lautet nun: Die Gelenkachse (a₀) bewegt sich stets parallel und in gleichbleibendem Abstand zu der Hauptebene (H₀), die Gelenkachsen (a₁₁, a₁₂) stets parallel und in gleichbleibendem Abstand zu der Hauptebene (H₁), die Gelenkachsen (a₂₁, a₂₂) stets parallel und in gleichbleibendem Abstand zu der Hauptebene (H₂) und die Gelenkachse (a₃) stets parallel und in gleichbleibendem Abstand zu der Hauptebene (H₃). Eine entsprechende Bedingung gilt für die n-gliedrige Kette.
Innerhalb der Arme des Lagergestells (5) kann sich je ein Kurbelschlitten (7) (vgl. 21 bis 22) befinden. Die n-gliedrigen Gelenkketten (n ≥ 2) mit charakteristischem Winkel (ψ) sollen mit Hilfe von u. a. Kurbelschlitten (7) und Kurbelscheiben (8) gemäss den 21 bis 22 so dynamisch gelagert werden, dass die Hauptachse (1) während der gesamten Inversionsbewegung raumfest bleibt oder sich höchsten parallel zu sich selbst verschiebt.
19 zeigt den schematischen Aufriss eines Ausführungsbeispieles der dynamischen Lagerung des sechsgliedrigen Gelenkringes für den Fall ψ = 90°. Zusätzlich zeigt sie den Grundriss des linken Kurbelschlittens (7). Beim Aufriss handelt es sich um den Schnitt entlang der Hauptebene (H₀). Man sieht zwei Kurbelschlitten (7). Der linke Kurbelschlitten führt das Versatzglied (v₀) des Gelenkringes aus 8 auf der ovalen Bahn (2). Entsprechend führt der rechte Kurbelschlitten das gegenüberliegende Versatzglied (v₃) desselben Gelenkringes. Die Gelenkachsen (a₀₁, a₀₂, a₃₁, a₃₂) sind auch eingezeichnet. Die dynamische Lagerung des Gelenkringes wird im Folgenden nur anhand des linken Kurbelschlittens (7) beschrieben. Entsprechendes gilt für den rechten und alle anderen Kurbelschlitten.
Durch die Rollmittel (6) wird der Kurbelschlitten (7) innerhalb des raumfesten Lagergestells (5) so geführt, dass er sich nur eindimensional und parallel zur zugehörigen Hauptebene (H₀) und senkrecht zur Hauptachse (1) hin- und herbewegen kann. Bezogen auf die 19 heißt das entweder horizontal nach rechts oder horizontal nach links. Innerhalb des Kurbelschlittens (7) ist eine Kurbelscheibe (8) um die Achse (9) rotierbar so angebracht, dass die Achse (9) immer senkrecht zur Hauptebene (H₀) steht. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kurbelscheibe (8) durch Kugellager innerhalb des Kurbelschlittens (7) gelagert. Wiederum innerhalb der Kurbelscheibe (8) ist das Versatzglied (v₀) oder, wenn die Versatzgliedlänge senkrecht zur betrachteten Hauptebene (H₀) verschwindet, direkt die Gelenkachse (a₀) exzentrisch und um die Achse (10) rotierbar gelagert. Die Achse (10) steht senkrecht auf der Hauptebene (H₀), d. h. die beiden Achsen (9) und (10) verlaufen immer parallel zueinander. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Kurbelscheibe (8) aus einem Riemen-, Zahn- oder einfachen Rad (13), das über einen Riemen, eine Kette oder ein Band (11) mit dem Kurbelscheibenan- bzw. -abtrieb (12) verbunden ist.
Die Hauptachse (1) des Gelenkringes bleibt raumfest oder verschiebt sich höchstens parallel zu sich selber, wenn der Kurbelscheibenantrieb (12) relativ zum Kurbelschlitten (7) eine gleichförmige, dem Betrag nach jedoch beliebige Umdrehungsgeschwindigkeit aufweist und alle anderen Kurbelscheiben (8) dann auch mit gleichförmigen Umdrehungsgeschwindigkeiten desselben Betrags rotieren.
Der rechte Kurbelschlitten (7) zeigt eine Version ohne Kurbelscheibenan- oder -abtrieb.
Die Rotationsachsen (9) des rechten und linken Kurbelschlittens bewegen sich während der Inversionsbewegung der Doppellinie (14) entlang.
20 zeigt den schematischen Aufriss eines Ausführungsbeispieles der dynamischen Lagerung des sechsgliedrigen Gelenkringes mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) am Beispiel ψ = 65°. Zusätzlich zeigt sie den Grundriss eines Kurbelschlittens. Beim Aufriss handelt es sich um den Schnitt entlang der Symmetrieebene (H₀).
Die dynamische Lagerung des sechsgliedrigen Gelenkringes mit beliebigem charakteristischen Winkel (ψ) verläuft im Wesentlichen wie die in der Beschreibung zu 19 geschilderte für den sechsgliedrigen Gelenkring mit charakteristischem Winkel ψ = 90°. Es genügt daher auf die Beschreibung zu 19 zu verweisen. Neu ist, dass die Rotationsachsen (9) der rechten und linken Kurbelscheibe (8) nicht mehr auf der gleichen Höhe liegen, sondern sich entlang der zwei verschiedenen, zueinander parallelen Linien (14) hin- und herbewegen.
21 zeigt den schematischen Aufriss eines Ausführungsbeispieles der dynamischen Lagerung für den Fall eines einzelnen Gelenkgliedes oder einer n-gliedrigen Gelenkkette. Zusätzlich ist der Grundriss des Kurbelschlittens (7) aufgetragen. Beim Aufriss handelt es sich um den Schnitt parallel zu einer Hauptebene entlang genau eines Armes des raumfesten Lagergestells (5). Zur Vereinfachung der Beschreibung nehmen wir einen Schnitt entlang der Hauptebene (H₀) an. Entsprechende Beschreibungen gelten aber für alle Schnitte parallel zu einer beliebigen Hauptebene.
Der Kurbelschlitten (7) führt das Versatzglied (v₀) des Gelenkgliedes aus 13 oder der Gelenkkette aus 17 auf der ovalen Bahn (2). Durch die Rollmittel (6) wird der Kurbelschlitten (7) innerhalb des raumfesten Gestells (5) so geführt, dass er sich nur eindimensional und parallel zur Hauptebene (H₀) hin- und herbewegen kann. Bezogen auf die 21 heißt das entweder horizontal nach rechts oder horizontal nach links. Innerhalb des Kurbelschlittens (7) ist eine Kurbelscheibe (8) um die Achse (9) rotierbar so angebracht, dass die Achse (9) immer senkrecht zur Hauptebene (H₀) steht. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kurbelscheibe (8) durch Kugellager innerhalb des Kurbelschlittens (7) gelagert. Wiederum innerhalb der Kurbelscheibe (8) ist das Versatzglied (v₀) oder, wenn die Versatzgliedlänge senkrecht zur betrachteten Hauptebene (H₀) verschwindet, direkt die Gelenkachse (a₀) exzentrisch und um die Achse (10) rotierbar gelagert. Die Rotationsachse (10) steht senkrecht auf der Hauptebene (H₀), d. h. die beiden Rotationsachsen (9) und (10) verlaufen immer parallel zueinander. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die Kurbelscheibe (8) aus einem Riemen-, Zahn- oder einfachen Rad (13), das über einen Riemen, eine Kette oder ein Band (11) mit dem Kurbelscheibenan- bzw. -abtrieb (12) verbunden ist.
Die Hauptachse (1) des Gelenkgliedes bzw. der Gelenkkette bleibt raumfest oder verschiebt sich höchstens parallel zu sich selber, wenn der Kurbelscheibenantrieb (12) relativ zum Kurbelschlitten (7) eine gleichförmige, dem Betrag nach jedoch beliebige Umdrehungsgeschwindigkeit aufweist und alle anderen Kurbelscheiben (8) dann auch mit gleichförmigen Umdrehungsgeschwindigkeiten desselben Betrags rotieren.
22 zeigt einen Kurbelschlitten (7) innerhalb des Lagergestells (5) ohne Kurbelscheibenan- oder -abtrieb. Die Funktion dieser Version des Kurbelschlittens entspricht derjenigen aus 21. Es genügt daher auf die Beschreibung zu 21 zu verweisen.
23 vergleicht die Schnitte entlang zweier direkt aufeinanderfolgender Hauptebenen am Beispiel des Hauptebenenpaares (H₀, H₁). Beide Schnitte, die eigentlich den Öffnungswinkel γ einschließen, sind um die Hauptachse (1) in dieselbe Zeichenebene gedreht und etwas auseinander versetzt worden. Man sieht, dass die Rotationsachse (9) des linken Kurbelschlittens (7) im Allgemeinen entlang einer anderen Höhenlinie (14) hin- und hergleitet als die Rotationsachse (9) des rechten Kurbelschlittens (7).
24 zeigt den Aufriss einer zweiten Ausführungsvariante für den Kurbelschlitten (7). Die Rollmittel (6) lagern den Kurbelschlitten innerhalb des raumfesten Gestells (5) (vgl. 19 bis 23). Die Kurbelscheibe (8) ist in dieser Ausführungsvariante ein Zahnrad, das von mindestens drei Zahnrädern (15) innerhalb des Kurbelschlittens (7) gehalten und von mindestens einem Zahnrad (15) bei Bedarf an- oder abgetrieben wird.
Die 25–27 zeigen schematisch ein Getriebe mit Kurbelwelle (17), welches die n-gliedrige Gelenkkette einerseits dynamisch lagert und andererseits erfindungsgemäss die Inversionsbewegung dieser Gelenkkette direkt antreibt. 25 zeigt das Getriebe in einer isometrischen Ansicht, 26 dasselbe Getriebe in einer Explosionszeichnung und 27 den Einsatz des Getriebes mit Elektromotor (E) zur Erzeugung der Inversionsbewegung eines sechsgliedrigen Gelenkringes mit charakteristischem Winkel ψ = 90°.
Der Antriebsmotor (E) treibt über einen Zahnriementrieb die Antriebskurbelscheibe (16) an. Diese trägt exzentrisch gelagert die Kurbelwelle mit den zwei Zahnriemenrädern (17) und bewegt letztere im Kreis. Die Kurbelwelle (17) stützt sich an einer Horizontal- und einer Vertikalführung (18, 19) am Lagergestell (5) ab und wird dadurch in die Gegenrichtung gedreht. Die Drehung der Kurbelwelle (17) erzeugt a) die dynamische Lagerung der Gelenkkette und b) erfindungsgemäss den direkten Antrieb für die Inversionsbewegung derselben Gelenkkette.
Die Drehung der Kurbelwelle (17) wird einerseits über den ersten Riementrieb (R₁) im Übersetzungsverhältnis 1:1 auf die Kurbelscheibe (8) übertragen. Die Kurbelscheibe (8) ist in dem Kurbelschlitten (7) radial und axial gelagert. Das Lagergestell (5) trägt mit Linearlagern den Kurbelschlitten (7). Das Lagerpleuel (20) sitzt mit einem Auge auf der Kurbelwelle (17) und mit dem anderen Auge auf dem Kurbelschlitten (7). Das erste Auge schwingt mit der Vertikalführung (19) auf und ab. Die Drehachse des zweiten Auges fällt mit der Rotationsachse (9) der Kurbelscheibe (8) zusammen. Das Lagerpleuel (20) bestimmt auf diese Weise die lineare Position des Kurbelschlittens (7).
Die Drehung der Kurbelwelle (17) wird andererseits über einen zweiten Riementrieb (R₂) auf die Gürtelwelle bzw. das Versatzglied (v₃) übertragen. Da der Riementrieb (R₂) eine auf- und abschwenkende Drehung im Übersetzungsverhältnis von 2:1 vollführt, entsteht an der Gürtelwelle bzw. dem Versatzglied (v₃) die notwendige schwankende Drehbewegung. Die Gürtelwelle (v₃) ist radial, axial und exzentrisch in der Kurbelscheibe (8) gelagert.
Die 27 zeigt wie für den Fall eines sechsgliedrigen Gelenkringes mit charakteristischem Winkel ψ = 90° das Hauptdiagonalpleuel (22) sowohl die angetriebene Gürtelwelle bzw. das angetriebene Versatzglied (v₃) als auch die nicht angetriebene Gürtelwelle bzw. das nicht angetriebene Versatzglied (v₀) des Gelenkringes trägt. Das Hauptdiagonalpleuel (22) ist dynamisch gelagert einerseits dadurch, dass es am Ende der Kurbelwelle (17), wo auch die Horizontalführung (18) stattfindet, abgestützt wird, und andererseits dadurch, dass die Gürtelwelle bzw. das Versatzglied (v₃) dem Getriebe angehört und von der angetriebenen Kurbelscheibe (8) auf der ovalen Bahn (2) exzentrisch geführt wird.
In dem angeführten Ausführungsbeispiel sind die Glieder des Gelenkringes in Form von Oloiden (21) ausgestaltet.
In der 27 sind weiter der antreibende Elektromotor (E), die dynamische Lagerung (L) und der direkte Antrieb der Gürtelwelle (A) hervorgehoben. Die dynamische Lagerung sorgt dafür, dass die Gürtelwellen bzw. die Versatzglieder (v₃, v₀) auf ovalen Bahnen (2) aktiv geführt werden, wobei nur die ovale Bahn für die Gürtelwelle (v₃) eingezeichnet ist. Der formschlüssige Antrieb (A) für das Versatzglied (v₃) erzeugt die Inversionsbewegung des Gelenkringes erfindungsgemäss auf direkte Weise.
Die 28 zeigt in einer isometrischen Ansicht, wie drei Getriebe mit Kurbelwelle (AG₁, AG₃, AG₅) einen sechsgliedrigen Gelenkringes mit charakteristischem Winkel ψ = 90° dynamisch lagern und gleichzeitig drei Versatzglieder (v₁, v₃, v₅) direkt antreiben. Der sechsgliedrige Gelenkring wird durch die drei Versatzglieder (v₁, v₃, v₅) in drei Gruppen von je zwei Arbeitshebeln eingeteilt. Die Arbeitshebel sind als Oloide (21) ausgeführt.
Die 29 zeigt in einer isometrischen Ansicht, wie sechs Getriebe mit Kurbelwelle (AG₀, AG₁, AG₂, AG₃, AG₄, AG₅) einen sechsgliedrigen Gelenkringes mit charakteristischem Winkel ψ = 90° dynamisch lagern und die sechs Versatzglieder (v₀, v₁, v₂, v₃, v₄, v₅) direkt antreiben. Jeder der sechs Arbeitshebel des sechsgliedrigen Gelenkringes wird an beiden Enden von je einem Versatzglied in einem Getriebe mit Kurbelwelle dynamisch gelagert und über beide Versatzglieder angetrieben. Zum Einsatz als Innenmischer sind in dem Ausführungsbeispiel von 29 alle sechs Arbeitshebel als Mischgefässe (23) ausgestaltet.
Die 30 zeigt die dynamischen Lagerung des sechsgliedrigen Gelenkringes mit ψ = 90° in der Variante mit Ovalzahnrädern und Planetengetriebe.
Ein Elektromotor (E) treibt über einen Riementrieb (R) das erste Ovalzahnrad (24) mit gestellfester Drehachse an. Dieses Ovalzahnrad (24) gibt über ein weiteres Ovalzahnrad bei schwankendem Achsabstand und konstanter Übersetzung (i = 1) das Drehmoment an die rechte Kurbelscheibe (8) weiter. Das zweite Ovalzahnrad und die rechte Kurbelscheibe (8) sind fest miteinander verbunden. Die rechte Kurbelscheibe (8) treibt nun über den zweiten Ovalzahnradtrieb wieder mit schwankendem Achsabstand und konstanter Übersetzung (i = 1) die linke Kurbelscheibe (8) in entgegen gesetzter Richtung an.
Die Zentrierlagerung (25) hält die beiden Kurbelscheiben (8) dynamisch in linearer und symmetrischer Position. Das Hauptdiagonalpleuel (22), welches die beiden Kurbelscheiben (8) miteinander verbindet, ist über die Pleuelaugen exzentrisch an den Kurbelscheiben (8) gelagert und bestimmt somit den Abstand der beiden Kurbelscheiben (8). Die Kurbelscheiben (8) sind in den Kurbelschlitten (7) radial und axial gelagert. Die Kurbelschlitten (7) sind mit Linearlagern (26) am Grundgestell (5) befestigt.
Die Kurbelscheiben (8) tragen exzentrisch gelagert die Versatzglieder (v₀, v₃) des sechsgliedrigen Gelenkringes. Insgesamt wird so der sechsgliedrigen Gelenkring entlang der beiden dreieckigen Ovale (2) dynamische gelagert.
Die 31 zeigt den direkten Antrieb des sechsgliedrigen Gelenkringes mit ψ = 90° in der Variante mit Ovalzahnrädern und Planetengetriebe.
Die Bestandteile des doppelten Planetengetriebes mit Schwankungsführung am innenverzahnten Sonnenrad (29) sind: zwei aussenverzahnte Planetenräder (27), ein innenverzahntes Planetenrad (28) mit Sitz auf dem Versatzglied (v₀), die Kurbelscheibe (8) als Steg des Planetengetriebes, ein innenverzahnte Sonnenrad (29) mit Schwankungsantrieb über die Kreuzlinearführung (30) und das Hauptdiagonalpleuel (22).
Der direkte Antrieb des sechsgliedrigen Gelenkringes mit ψ = 90° geschieht über ein doppeltes Planetengetriebe vom Typ 3I mit a) einem kontinuierlichen Antrieb über die Kurbelscheibe (8), welche den Steg des Planetengetriebes darstellt, mit b) einer schwenkenden Antriebsbewegung am innenverzahnten Sonnenrad (29) und c) dem Abtrieb über das innenverzahnte Planetenrad (28), das auf dem Versatzglied (v₀) sitzt.
Das innenverzahnte Planetenrad (28) kämmt mit dem aussenverzahnten Planetenrad (27), welches mit einem zweiten aussenverzahnten Planetenrad (27) auf einer Achse fest verbunden ist und selber mit dem innenverzahnten Sonnenrad (29) in Eingriff steht. Die schwenkende Antriebsbewegung wird über die Kreuzlinearführung (30) vom Hauptdiagonalpleuel (22) abgenommen.
Dieses Planetengetriebe erzeugt eine während einer Umdrehung periodisch schwankende Drehzahl. Die Gesamtübersetzung von Antriebswelle (9) zum Versatzglied (v₀) variiert zwischen i = 1,5 und i = 3 (bzw. 1/i = 0,33 bis 0,67).
Die 32 zeigt die dynamische Lagerung und den direkten Antrieb des sechsgliedrigen Gelenkringes mit ψ = 90° in der Variante mit über Funktionen geregelten Elektromotoren.
In der einfachsten Ausführung gibt es folgende Bestandteile: Zwei Linear-Direktmotoren (ET₁, ET₂), zwei Direktmororen mit Hohlwelle (EA₁, EA₂) für die dynamische Lagerung und zwei Direktmotoren mit Vollwelle (EG₁, EG₂) für den Antrieb der Versatzglieder, insgesamt also sechs rotatorische bzw. translatorische Elektromotoren ohne Getriebe (Direktmotoren).
Zwei Aggregate, die aus jeweils einem Direktmotor mit Hohlwelle (EA), einem Direktmotor mit Vollwelle (EG) und einem Linear-Direktmotor (ET) bestehen, bilden die Antriebseinheit, welche erstens die dynamische Lagerung und zweitens den direkten Antrieb eines Versatzgliedes des sechsgliedrigen Gelenkrings erzeugt.
Für die dynamische Lagerung des rechten Versatzgliedes (v₃) des Gelenkringes wird den Motoren (EA₂) bzw. (ET₂) von der Regelung die Drehposition bzw. die Linearposition über der Zeit vorgegeben. Gleichzeitig werden diese Positionen von Sensoren gemessen und an die Regelung zurückgegeben. Die Rotationsachse (9) der Kurbelscheibe (8) mit Hohlwelle bewegt sich entsprechend der Vorgabe des Linearmotors EL₂ horizontal hin und her. Zusätzlich gibt der Direktmotor mit Hohlwelle (EA₂) den Rotationswinkel um die Achse (9) vor und positioniert damit das Versatzglied (v₃) und deren Rotationsachse (10) entlang des dreieckigen Ovals (2). Entsprechend wird die Ovalbewegung (2) auf der linken Seite auch für das Versatzglied (v₀) von den Direktmotoren (EA₁) und (ET₁) erzeugt.
Die Gürtelwellen bzw. Versatzglieder (v₀, v₃) werden von den Direktmotoren mit Vollwelle (EG₁, EG₂) mit während einer Umdrehung schwankender Drehbewegung angetrieben. Der Stator dieses Elektromotors ist mit der Kurbelscheibe verbunden. Die Drehposition wird diesem Direktmotor mit Vollwelle ebenfalls über der Zeit von der Regelung vorgegeben und mittels Sensor gemessen.
Die 33 zeigt eine Getriebevariante für den sechsgliedrigen Gelenkring mit charakteristischem Winkel (ψ), bei welcher die beiden Kurbelschlitten (7) als Hebel ausgestaltet sind, die sich um die gestellfesten Drehachsen (D) hin- und herbewegen können. Jeder Kurbelschlittenhebel (7) trägt eine Kurbelscheibe (8). Die Versatzglieder bzw. Gürtelwellen (v₀, v₃) sind einerseits exzentrisch in den Kurbelscheiben (8) gelagert und andererseits im Hauptdiagonalpleuel (22).
Die 34 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie das Getriebe mit Ovalzahnrädern und Planetengetriebe im Generatorbetrieb benutzt werden kann. Das Getriebe ist auf der Antriebsseite mit einem sechsgliedrigen Gelenkring (ψ = 90°), dessen Glieder in Form von Oloiden (21) ausgestaltet sind, versehen und auf der Abtriebsseite mit einem Elektrogenerator (G). Die sechs Oloide (21) stellen in diesem Ausführungsbeispiel Strömungskörper dar.
Der Antrieb geschieht über die Strömungskörper durch Windkraft oder Wasserkraft. Am Abtrieb wird über den Elektrogenerator (G) Strom erzeugt. Der Generator wird auf konstante Drehzahl geregelt.
Das Getriebe mit Ovalzahnrädern und Planetengetriebe wird im Generatorbetrieb ohne Änderung gegenüber dem Aufbau im Verbraucherbetrieb mit Elektromotor angewendet. Wir benutzen daher für die weitere Beschreibung insbesondere die Bezugszeichen, welche in den 30 und 31 benutzt worden sind.
Die Strömungskörper setzen die Gürtelwelle bzw. das Versatzglied (v₀) mit dem innenverzahnten Planetenrad (28) in Drehbewegung. Das innenverzahnte Gürtelwellen-Planetenrad (28) kämmt einerseits mit dem doppelt aussenverzahnten Planetenrad (27), das sich andererseits am innenverzahnten Sonnenrad (29) abstützt und dabei den Steg bzw. die Kurbelscheibe (8) dreht. Somit wird nun von der Kurbelscheibe (8) sowohl die zweite Kurbelscheibe (8) über die Ovalräder der beiden Kurbelscheiben (8) als auch der Generator über die kleineren Ovalzahnräder (24) mit dem Riementrieb (R) angetrieben.
Die 35 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wie das Getriebe mit Kurbelwelle im Generatorbetrieb benutzt werden kann. Das Getriebe ist auf der Antriebsseite mit einem sechsgliedrigen Gelenkring (ψ = 90°), dessen Glieder in Form von Oloiden (21) ausgestaltet sind, versehen und auf der Abtriebsseite mit einem Elektrogenerator (G). Die sechs Oloide (21) stellen in diesem Ausführungsbeispiel Strömungskörper dar.
Der Antrieb geschieht über die Strömungskörper durch Windkraft oder Wasserkraft. Am Abtrieb wird über den Elektrogenerator (G) Strom erzeugt. Der Generator wird auf konstante Drehzahl geregelt.
Das Getriebe mit Kurbelwelle wird im Generatorbetrieb ohne Änderung gegenüber dem Aufbau im Verbraucherbetrieb mit Elektromotor angewendet. Wir benutzen daher für die weitere Beschreibung insbesondere die Bezugszeichen, welche in den 25 bis 27 benutzt worden sind.
Die Strömungskörper (21) setzen die Gürtelwelle bzw. das Versatzglied (v₃) in Drehbewegung. Der Riementrieb (R₂) an der Gürtelwelle (v₃) treibt nun die Kurbelwelle (17) an. Aufgrund der horizontalen und vertikalen Abstützung (18, 19) der Kurbelwelle (17) im Grundgestell (5) und der exzentrischen Lagerung der Kurbelwelle (17) in der Antriebskurbelscheibe (16) wird letztere ebenfalls gedreht. Die Antriebskurbelscheibe (16) treibt über einen Riemen den Generator (G) an.
Die Kurbelwelle treibt weiters über den Zahnriementrieb (R₁) die Kurbelscheibe (8) an. Das Hauptdiagonalpleuel (22) hält sich am vorderen Kurbelwellenende und trägt das gegenüberliegende Versatzglied (v₀).
Somit wird der sechsgliedrigen Gelenkring durch das Getriebe mit Kurbelwelle (17) und das Hauptdiagonalpleuel (22) vollkommen gelagert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004018247 B3 [0003, 0004, 0006]
WO 2005/100822 A1 [0003, 0004, 0006]
DE 102005006621 B3 [0003, 0004, 0006]

Claims

Vorrichtung zur Umwandlung einer oder mehrerer Rotationsbewegungen und/oder einer oder mehrerer eindimensionaler Schwingungsbewegungen in die Inversionsbewegung eines Gelenkgliedes (g₀) mit charakteristischem Winkel (ψ) und möglichen Versatzgliedern (v₀, v₁) oder in die Inversionsbewegung einer n-gliedrigen Gelenkkette (g₀, g₁, ..., g_n-1) mit charakteristischem Winkel (ψ) und möglichem Parallelversatz (v₀, v₁, ..., v_n) der Gelenkachsen (Antriebsmodus) oder umgekehrt zur Umwandlung der Inversionsbewegung eines Gelenkgliedes (g₀) mit charakteristischem Winkel (ψ) und möglichen Versatzgliedern (v₀, v₁) oder der Inversionsbewegung einer n-gliedrigen Gelenkkette (g₀, g₁, ..., g_n-1) mit charakteristischem Winkel (ψ) und möglichem Parallelversatz (v₀, v₁, ..., v_n) der Gelenkachsen in eine oder mehrere Rotationsbewegungen und eine oder mehrere eindimensionale Schwingungsbewegungen (Abtriebsmodus), • welche ein raumfestes Lagergestell (5) und mindestens einen Kurbelschlitten (7) aufweist, welcher jeweils eine um eine Achse (9) rotierbar gelagerte Kurbelscheibe (8) trägt, • bei welcher die Gelenkachsen (a₀, a₁) des einzelnen Gelenkgliedes (g₀) oder die Gelenkachsen (a₀, a₁, ..., a_n) bzw. bei vorhandenem Parallelversatz (v₀, v₁, ..., v_n) die Gelenkachsen (a₀, a₁₁, a₁₂, ..., a_n) der n-gliedrigen Gelenkkette (g₀, g₁, ..., g_n-1) zu jedem Zeitpunkt der Inversionsbewegung parallel zu einer der n + 1 Hauptebenen (H₀, H₁, ..., H_n) verlaufen, • bei welcher sich alle Hauptebenen (H₀, H₁, ..., H_n) in einer Hauptachse (1) schneiden, • bei welcher sich die Hauptachse (1) während der gesamten Inversionsbewegung des Gelenkgliedes (g₀) bzw. der Gelenkkette (g₀, g₁, ..., g_n-1) bezüglich des raumfesten Lagergestells (5) in ihrer Lage höchstens parallel zu sich selbst verschiebt, • bei welcher die Kurbelschlitten (7) innerhalb des raumfesten Gestells (5) so geführt werden, dass jeder Punkt jedes Kurbelschlittens eine einparametrige Schwingungsbewegung parallel zu einer der Hauptebenen (H₀, H₁, ..., H_n) des Gelenkgliedes bzw. der Gelenkkette ausführt, • bei welcher die Achse (9) jeder Kurbelscheibe (8) in jedem Stadium der Inversionsbewegung senkrecht auf derjenigen Hauptebene (H₀, H₁, ..., H_n) des Gelenkgliedes bzw. der Gelenkkette steht, zu welcher sich die Punkte des zugehörigen Kurbelschlittens (7) parallel hin- und herbewegen, • bei welcher in jeder Kurbelscheibe (8) ein Versatzglied (v₀, v₁, ..., v_n) des Gelenkgliedes bzw. der Gelenkkette oder, falls die Versatzgliedlänge an dieser Kurbelscheibe null ist, direkt die entsprechende Gelenkachse (a₀, a₁, ..., a_n) des Gelenkgliedes bzw. der Gelenkkette exzentrisch und rotierbar um die Achse (10), die parallel zu der Rotationsachse (9) der entsprechenden Kurbelscheibes (8) verläuft, gelagert ist und • bei welcher bei konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit einer Kurbelscheibe (8) bezüglich ihres Kurbelschlittens (7) alle anderen Kurbelscheiben (8) bezüglich ihres jeweiligen Kurbelschlittens (7) ebenfalls konstante Umdrehungsgeschwindigkeiten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Drehung einer Achse (10), d. h. mindestens die Rotation eines Versatzgliedes (v₀, ..., v_n) des Gelenkgliedes bzw. der Gelenkkette um die Achse (10) oder, falls die Versatzgliedlänge null ist, die entsprechende Gelenkachse (a₀, ..., a_n) des Gelenkgliedes bzw. der Gelenkkette um die Achse (10) direkt an- oder abgetrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkglieder bzw. Arbeitshebel (g₀, g₁, ..., g_n-1) der n-gliedrigen Gelenkkette alle gleich lang sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hauptebenen (H₀, H₁, ..., H_n) untereinander während der gesamten Inversionsbewegung des Gelenkgliedes (g₀) bzw. der n-gliedrigen Gelenkkette (g₀, g₁, ..., g_n-1) in ihrer gegenseitigen Lage nicht verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung von mindestens einem Gelenkachsenmittelpunkt (M₀, M₁, ..., M_n) bzw. bei vorhandenem Parallelversatz (v₀, v₁, ..., v_n) die Bewegung von mindestens einem Gelenkachsenmittelpunkt (M₀, M₁₁, M₁₂, ..., M_n) entlang seiner ovalen Bahn (2) im An- oder Abtriebsmodus formschlüssig vorgegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle Punkte mindestens eines Kurbelschlittens (7) senkrecht zur Hauptachse (1) hin- und herbewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kurbelschlitten (7) als Hebel ausgeformt ist, welcher sich um eine gestellfeste Achse (D) dreht und sich damit alle Punkte dieses Kurbelschlittenhebels (7) auf Kreisbahnen hin- und herbewegen,
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Gelenkglied bzw. einer Gelenkkette die Drehung genau einer Achse (10), d. h. die Rotation genau eines Versatzgliedes (v₀, ..., v_n) um die Achse (10) oder, falls die Versatzgliedlänge null ist, die entsprechende Gelenkachse (a₀, ..., a_n) um die Achse (10) direkt an- oder abgetrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Gelenkglied bzw. einer Gelenkkette die Drehungen von genau zwei verschiedenen Achsen (10), d. h. die Rotationen von genau zwei Versatzgliedern (v₀, ..., v_n) um die Achse (10) oder, falls die Versatzgliedlänge null ist, die entsprechende Gelenkachse (a₀, ..., a_n) um die Achse (10) direkt an- oder abgetrieben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gelenkkette die Drehungen von genau drei verschiedenen Achsen (10), d. h. die Rotationen von genau drei Versatzgliedern (v₀, ..., v_n) um die Achse (10) oder, falls die Versatzgliedlänge null ist, die entsprechende Gelenkachse (a₀, ..., a_n) um die Achse (10) direkt an- oder abgetrieben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Gelenkkette die Drehungen von genau sechs verschiedenen Achsen (10), d. h. die Rotationen von genau sechs Versatzgliedern (v₀, ..., v_n) um die Achse (10) oder, falls die Versatzgliedlänge null ist, die entsprechende Gelenkachse (a₀, ..., a_n) um die Achse (10) direkt an- oder abgetrieben werden.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung um mindestens eine Achse (10) durch einen Riementrieb im Übersetzungsverhältnis 2:1 vorgegeben oder abgenommen wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung um mindestens eine Achse (10) durch ein Planetengetriebe vorgegeben oder abgenommen wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung um mindestens eine Achse (10) durch einen Elektromotor direkt vorgegeben wird.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Arbeitshebel des Gelenkgliedes (g₀) oder der Gelenkkette (g₀, g₁, ..., g_n-1) eine Arbeitseinrichtung angeordnet ist, insbesondere ein Paddel, eine Schaufel, ein Flügel, zwei im charakteristischen Winkel (ψ) aufeinanderstehende, dreieckige Mitnehmerelemente (3, 4), ein Oloid (21), ein Rührelement, ein Innenmischbehälter (23) oder eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Mischbehälters.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 im Abtriebsmodus mit Mitteln zur Abnahme des Drehmomentes und/oder Mitteln zur Abnahme der linear schwingenden Kraft, in beiden Fällen insbesondere Stromgeneratoren, verbunden ist.
Verwendung mindestens einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Antrieb und/oder Steuerung eines Fortbewegungsmittels im Wasser oder in der Luft, zur Erzeugung einer Wasser-, Flüssigkeits- oder Gasströmung, zum Mischen oder zum Pumpen von fließfähigen Materialien, zum Mengen und Fortbewegen von Ansammlungen von (kleinen) Festkörpern.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 15 zur Stromerzeugung durch Umwandlung der durch fließendes Wasser oder Wind erzeugten Inversionsbewegung der Arbeitshebel der Gelenkkette (g₀, g₁, ..., g_n-1) oder des Gelenkgliedes (g₀) in Rotations- und Schwingungsbewegungen, welche Stromgeneratoren betreiben.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 15 zur Erzeugung von mechanischer Energie durch Umwandlung der durch fließendes Wasser oder Wind erzeugten Inversionsbewegung der Arbeitshebel der Gelenkkette (g₀, g₁, ..., g_n-1) oder des Gelenkgliedes (g₀) in Rotations- und Schwingungsbewegungen.