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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Drehvorrichtungen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Drehvorrichtung mit einer Achseneinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Drehvorrichtung.
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Technischer Hintergrund
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Die Druckschrift
EP 0 038 120 A2 betrifft eine magnetische Drehantriebsmaschine, die eine flanschförmige Drehplatte aufweist, welche fest an einer Ausgangswelle befestigt ist, die drehbar an einem Rahmen gelagert ist.
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Die Druckschrift
DE 195 13 736 A1 beschreibt eine Antriebseinheit, die einen Läufer getragen von einem stationären Gehäuse enthält, so dass keine Drehung um eine Achse jedoch eine Bewegung in einer axialen Richtung möglich ist, ein Laufmagnet befestigt auf einem äußeren Umfang oder einem inneren Umfang des Läufers und mehrere Pole auf dem Umfang in gleichem Abstand voneinander angeordnet habend, die ferner einen Planetenradträger enthält, drehbar gelagert in dem Gehäuse zur Drehung um dieselbe Achse, wie die des Läufers, sowie mehrere Planetenräder, angeordnet gegenüber dem Laufmagneten außerhalb oder innerhalb des Läufers und gelagert in dem Planetenradträger zur Drehung um eine Achse parallel zu der Achse der Drehung des Planetenradträgers, die außerdem mehrere Planetenmagneten enthält, jeweils befestigt an den äußeren Umfängen der Planetenräder und jeder mehrerer Pole auf dem Umfang in gleichem Abstand voneinander angeordnet habend, und die mehrere Planetenzahnräder enthält, koaxial an den Planetenräder befestigt, und ein stationäres Zahnrad (Sonnenrad) befestigt an dem Gehäuse und direkt oder indirekt in die Planetenzahnräder greifend, wobei bei der Antriebseinheit das Verhältnis der Anzahl an Polen des Laufmagneten zu der Anzahl an Polen des Planetenmagneten gleich dem Verhältnis der Anzahl der Zähne des stationären Zahnrads zu der Anzahl der Zähne des Planetenzahnrads ist.
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Die Druckschrift
CN 101 030 743 A beschreibt ein inneres Drehrad, das durch eine am Sitz befestigte Achse, ein Hauptachsenzahnrad an der Hauptachse, einen inneren Radrahmen, ein Triggerrad und zwölf Gruppen innerer Magnete hergestellt ist, die gleichseitig an der Seite des Rades des inneren Radrahmens befestigt sind.
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Die Druckschrift BE 870 395 betrifft einen planetarischen Magnetmotor.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehvorrichtung zu schaffen, die für eine periodisch asymmetrische Positionierung zweier Befestigungsachsen zu einer äußeren Markierung sorgt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche angegeben. Ausführungsbeispiele und weitere Aspekte der Erfindung werden von den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Drehvorrichtung angegeben, welche eine Achseneinrichtung, eine Antriebseinrichtung, eine äußere Markierung, eine Beabstandungseinrichtung und eine Positionierungseinrichtung aufweist. Die Positionierungseinrichtung weist ein Zentralzahnrad, ein Abrollzahnrad und eine Planetenanordnung mit einem Planetenzahnrad, einer ersten Befestigungsachse und einer zweiten Befestigungsachse auf. Das Planetenzahnrad weist eine Drehachse auf. Die Beabstandungseinrichtung mag eingerichtet sein zumindest einen Teil der Positioniereinrichtung, beispielsweise die Drehachse, in einem vorgebbaren Abstand von der Achseneinrichtung zu führen, beispielsweise auf einer Kreisbahn. Die Antriebseinrichtung ist ausgebildet ein Drehmoment auf die Achseneinrichtung auszuüben, beispielsweise, um der Drehvorrichtung Energie zuzuführen. In einem Beispiel kann es sich bei der Antriebseinrichtung um einen Motor handeln. In einem anderen Beispiel kann es sich bei der Antriebseinrichtung um eine Einrichtung handeln, die es ermöglicht eine Kraft in einem vorgebbaren Abstand der Achseneinrichtung aufzubringen, um so das Drehmoment zu erzeugen, beispielsweise mittels einer Schnur. Durch das Ausüben des Drehmoments mag auch eine Drehrichtung der Drehvorrichtung und insbesondere der Positioniereinrichtung mit Planetenanordnung vorgebbar sein. Die Achseneinrichtung ist mit der Positioniereinrichtung mittels der Beabstandungseinrichtung verbunden, so dass sich die Drehachse der Positionierungseinrichtung auf einer Kreisbahn um die Achseneinrichtung bewegt, wenn sich die Achseneinrichtung dreht. In einem Beispiel mag sich die Drehachse in einem vorgebbaren Abstand um einer Drehachse der Achseneinrichtung drehen.
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Die Beabstandungseinrichtung kann ein Träger oder Kraftarm, beispielsweise ein Rechteckrohr oder ein Kreuz aus Rechteckrohren sein. Die erste Befestigungsachse und die zweite Befestigungsachse sind in einem vorgebbaren Abstand von der Drehachse drehbar um die Drehachse angeordnet. In anderen Worten mögen die Befestigungsachsen so an der Planetenanordnung angebracht sein, dass sie sich auf einer Kreisbahn um die Drehachse bewegen, gleichzeitig während sich die Drehachse um die Achseneinrichtung und/oder um eine Längsachse der Achseneinrichtung dreht. Die Befestigungsachsen mögen sich somit auf einer Zykloidbahn um die Achseneinrichtung bewegen. Eine Realisierung als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und Hohlrad ist beispielsweise ebenfalls möglich, soweit für eine periodische Positionierung der Befestigungsachsen zu der äußeren Markierung gesorgt wird. Die Befestigungsachsen können an der Positioniereinrichtung oder an einem Teil der Positioniereinrichtung angebracht sein. In einem Beispiel sind die Befestigungsachsen an einem Randbereich eines Zahnrades angebracht. In einem anderen Beispiel sind die Befestigungsachsen auf einer Trägereinrichtung angeordnet, die die Befestigungsachsen in einem im Wesentlichen gleichen Abstand von der Drehachse hält. Die Kombination aus Befestigungsachse, Träger und/oder Zahnrad kann als Zwilling bezeichnet werden.
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Die Positionierungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie es ermöglicht, die erste Befestigungsachse und die zweite Befestigungsachse während einer Drehung der Achseneinrichtung durch die Antriebseinrichtung derart asymmetrisch gegenüber der äußeren Markierung zu positionieren, dass in dem Moment oder in dem Zeitpunkt, in dem die Drehachse der Positionierungseinrichtung eine erste Verbindungslinie zwischen der Achseneinrichtung und dem äußeren Bezugspunkt oder der äußeren Markierung durchschreitet oder auf ihr liegt, ein erster Abstand zwischen der ersten Befestigungsachse und der äußeren Markierung größer ist als ein zweiter Abstand zwischen zweiter Befestigungsachse und der äußeren Markierung. Beispielsweise wird die erste Verbindungslinie zwischen der Achseneinrichtung und der äußeren Markierung feststehend gegenüber einer dritten Verbindungslinie zwischen der Achseneinrichtung und der Drehachse angenommen. Die erste Verbindungslinie mag somit bei einer Drehbewegung der Beabstandungseinrichtung um die Achseneinrichtung feststehend gegenüber der dritten Verbindungslinie sein, die sich mit der Beabstandungseinrichtung mitbeweget, während der Drehung der Drehvorrichtung mag sich also ein Winkel zwischen der ersten und dritten Verbindungslinie ändern. In einem Zustand, in dem die erste Verbindungslinie und die dritte Verbindungslinie parallel verlaufen und insbesondere aufeinander liegen, mag der erste Abstand größer als der zweite Abstand sein. Der größere erste Abstand mag in einem Beispiel in der Drehrichtung der Achseneinrichtung liegen. Der Zustand, in dem die erste Verbindungslinie und die dritte Verbindungslinie parallel verlaufen kann so eingerichtet sein, dass bei einer Fortsetzung der Bewegung eine Vergrößerung des zweiten Abstandes einsetzt.
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Außerdem ist die Positioniereinrichtung so eingerichtet, dass sich bei Fortführen der Drehung der zweite Abstand vergrößert. Somit vergrößert sich in einem Beispiel der zweite Abstand, nachdem die Drehachse die erste Verbindungslinie, die zwischen Achseneinrichtung und äußerer Markierung verläuft, durchschritten hat. Diese Vergrößerung des zweiten Abstandes mag eine Kollision der zweiten Befestigungsachse und der äußeren Markierung vermeiden. Die erste Verbindungslinie ist eine virtuelle oder eine gedachte Verbindungslinie, die nicht als reales Bauteil ausgebildet sein mag und lediglich zur Ausrichtung der periodischen Bewegung dienen mag. Bei der äußeren Markierung kann es sich um einen äußeren Bezugspunkt handeln, der fest gegenüber einer Drehbewegung der Positioniereinrichtung ist. Somit mag auch die erste Verbindungslinie fest gegenüber der Drehbewegung und insbesondere gegenüber der dritten Verbindungslinie sein, die sich mit der Positioniereinrichtung mitbewegt. Die äußere Markierung und somit die erste Verbindungslinie kann mit der 12 Uhr Anzeige eines Ziffernblatts einer Uhr verglichen werden während die dritte Verbindungslinie mit einem sich über das Ziffernblatt hinweg bewegenden Zeiger verglichen werden kann. Die äußere Markierung, der äußere Bezugspunkt oder die Bezugsmarkierung mag gegenüber den mit der Achseneinrichtung verbundenen Einrichtungen feststehend sein und nicht von der Drehbewegung der Achseneinrichtung beeinflusst werden.
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In anderen Worten ist die Positionierungseinrichtung derart ausgebildet, dass sie die erste und zweite Befestigungsachse während einer Drehung der Achseneinrichtung durch die Antriebseinrichtung asymmetrisch zu der Markierung oder zu der imaginären ersten Verbindungslinie positioniert. Das asymmetrische Positionieren erfolgt derart, dass in dem Moment, in dem der Schwerpunkt oder die Drehachse, der/die zwischen den beiden Befestigungsachsen angeordnet ist, die erste Verbindungslinie durchschreitet, ein erster Abstand zwischen erster Befestigungsachse und der äußeren Markierung größer ist als ein zweiter Abstand zwischen zweiter Befestigungsachse und der äußeren Markierung. Die erste Verbindungslinie verläuft zwischen der Achseneinrichtung und der äußeren Markierung. Die Drehachse mag beispielsweise als Schwerpunkt oder Mittelpunkt der Verbindung zwischen der ersten Befestigungsachse und der zweiten Befestigungsachse gebildet werden.
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Die Positionierungseinrichtung kann mit der Achseneinrichtung mittels eines senkrecht zu Achseneinrichtung stehenden Armes verbunden sein. Dieser Arm kann auch als Kraftarm oder Beabstandungseinrichtung bezeichnet werden.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Drehvorrichtung beschrieben.
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Das Verfahren sieht das Ausüben eines Drehmoments auf eine Achseneinrichtung der Drehvorrichtung und das Drehen einer Drehachse eines Planetenzahnrads einer Planetenanordnung in einer vorgebbaren Richtung auf einer Kreisbahn um die Achseneinrichtung vor. Das Drehen mag durch das Ausüben des Drehmoments verursacht werden. Durch das Drehen der Drehachse um die Achseneinrichtung, wird das Drehen einer ersten Befestigungsachse und einer zweiten Befestigungsachse der Planetenanordnung um die Drehachse verursacht. Durch die Drehung der ersten und zweiten Befestigungsachse um die Drehachse kann erreicht werden, dass sich während der Drehung der Achseneinrichtung die erste Befestigungsachse und die zweite Befestigungsachse gegenüber einer äußeren Markierung so positioniert, dass in dem Moment, in dem die Drehachse des Planetenzahnrads eine erste Verbindungslinie zwischen der Achseneinrichtung und der äußeren Markierung durchschreitet, ein erster Abstand zwischen der ersten Befestigungsachse und der äußeren Markierung größer ist als ein zweiter Abstand zwischen der zweiten Befestigungsachse und der äußeren Markierung. Nach dem Durchschreiten, Passieren oder Queren der ersten Verbindungslinie mag die Drehbewegung fortgeführt werden. Die Fortführung der Drehbewegung kann verschiedene Ursachen haben, wie das kontinuierliche einprägen eines Drehmoments durch die Antriebseinrichtung oder die Massenträgheit. Das Fortführen des Drehens führt zu einem Vergrößern des zweiten Abstandes zwischen der Markierung und der zweiten Befestigungsachse.
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Wird das System sich selbst überlassen, ohne dass Energie zugeführt wird, mag es zu einem Stillstand der Drehvorrichtung kommen, wenn die hineingesteckte Energie oder Arbeit aufgebraucht wird. Um möglichst geringe Verluste zu erzielen, können verschiedene Maßnahmen vorgesehen sein. Beispielsweise mag eine Drehachse der Achseneinrichtung als ein Spitzlager ausgeführt sein. Alternativ kann so ein Lager als Kugellager ausgeführt sein. Das Lager kann aber auch einen Magneten und insbesondere einen Supermagneten aufweisen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Positionierungseinrichtung ausgebildet die erste Befestigungsachse und die zweite Befestigungsachse so asymmetrisch gegenüber der äußeren Markierung zu positionieren, dass der Winkel zwischen der ersten Verbindungslinie, die zwischen der Achseneinrichtung und der äußeren Markierung ausgebildet ist, und einer zweiten Verbindungslinie, die zwischen der ersten und zweiten Befestigungsachse ausgebildet ist, im Wesentlichen im Moment, in dem die Drehachse die erste Verbindungslinie durchschreitet, im Bereich zwischen 0° und 90° oder im Bereich ]0°,90°[ liegt, sodass ein erster Abstand zwischen erster Befestigungsachse und dem äußeren Bezugspunkt größer ist als ein zweiter Abstand zwischen zweiter Befestigungsachse und dem äußeren Bezugspunkt. Die zweite Verbindungslinie mag wie die erste Verbindungslinie eine virtuelle Verbindungslinie sein. Die zweite Verbindungslinie mag beispielsweise zwischen der ersten und zweiten Befestigungsachse ausgebildet sein. In anderen Worten kann in einem Beispiel der geringste Abstand zwischen der zweiten Befestigungsachse und der Markierung in dem Zeitpunkt der Drehbewegung erreicht werden, wenn die Drehachse auf der ersten Verbindungslinie liegt oder kurz danach.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Positionierungseinrichtung ausgebildet die erste Befestigungsachse und die zweite Befestigungsachse periodisch nach einer vollen Umdrehung um die Achseneinrichtung an jeweils derselben Position asymmetrisch gegenüber dem Bezugspunkt zu positionieren.
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In anderen Worten mögen die Befestigungsachsen nach einer Umdrehung um 360° um die Achseneinrichtung gleich zur äußeren Markierung ausgerichtet sein. Dabei mag eine Zykloidenbahn durchlaufen werden. So kann die asymmetrische Lage periodisch wiederholt werden. Entsprechend mag die Antriebseinrichtung periodisch für die Drehung sorgen. Für das periodische Positionieren mag die Positioniereinrichtung Zahnräder aufweisen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Positionierungseinrichtung zumindest ein Zahnrad oder eine Vielzahl von Zahnräder auf.
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Durch die Verwendung von einem Zahnrad oder einer Vielzahl von Zahnrädern lässt sich die erwünschte Positionierung der beiden Befestigungsachsen mit einer hohen Genauigkeit mit mechanischen Mitteln erzielen. Außerdem mögen die Zahnräder derart angeordnet sein, dass die gewünschte Periodizität der Drehbewegung erreicht wird.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Drehvorrichtung vier Positionierungseinrichtungen auf, die kreuzförmig mit der Achseneinrichtung verbunden sind. Die vier Positionierungseinrichtungen können in einer Ebene senkrecht zur Achseneinrichtung liegen. In einem Beispiel sind die Positionierungseinrichtungen im Wesentlichen in einem Abstand von 90° angeordnet.
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Entsprechend der Beschreibung der ersten Markierung mögen auch drei weitere Markierungen vorgesehen sein, so dass in einer Ebene vier Markierungen vorhanden sind. Die Markierungen mögen ebenfalls berührungslos gegenüber den jeweiligen Positionierungseinrichtungen angeordnet sein, so dass sich eine asymmetrische Anordnung zu den Markierungen oder zu entsprechenden Verbindungslinien zwischen den Markierungen und der Achseneinrichtung ergibt.
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Ein Beispiel für einen asymmetrischen Aufbau ist ein Aufbau, der Vorsieht, dass in dem Moment, in dem die zweite Verbindungslinie auf einer dritten Verbindungslinie im Wesentlichen senkrecht steht oder einen kleineren Winkel als 90° einschließt, der Abstand zwischen der zweiten Befestigungsachse und der Markierung geringer ist als der Abstand zwischen der ersten Befestigungsachse und der Markierung. Die dritte Verbindungslinie mag von der Drehachse der Achseneinrichtung und der Drehachse zwischen der ersten Befestigungsachse und der zweiten Befestigungsachse aufgespannt werden. Ein asymmetrischer Aufbau kann in einem anderen Beispiel vorsehen, dass in dem Moment, in dem die erste Verbindungslinie und die dritte Verbindungslinie aufeinander liegen, der Abstand zwischen der zweiten Befestigungsachse und der Markierung geringer ist als der Abstand zwischen der ersten Befestigungsachse und der Markierung.
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Es soll angemerkt werden, dass unterschiedliche Aspekte der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Gegenstände beschrieben wurden. Insbesondere wurden einige Aspekte mit Bezug auf Vorrichtungsansprüche beschrieben, wohingegen andere Aspekte in Bezug auf Verfahrensansprüche beschrieben wurden. Ein Fachmann kann jedoch der vorangehenden Beschreibung und der folgenden Beschreibung entnehmen, dass, außer es wird anders beschrieben, zusätzlich zu jeder Kombination von Merkmalen, die zu einer Kategorie von Gegenständen gehört, auch jede Kombination zwischen Merkmalen als von diesem Text offenbart angesehen wird, die sich auf unterschiedliche Kategorien von Gegenständen bezieht. Insbesondere sollen Kombinationen zwischen Merkmalen von Vorrichtungsansprüchen und Merkmalen von Verfahrensansprüchen offenbart sein.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden weitere exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Figuren beschrieben.
- 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Drehvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 1a zeigt Draufsicht auf eine Drehvorrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Drehvorrichtung mit eingezeichneten Abständen zu einer Markierung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine Teilansicht einer Drehvorrichtung mit vier Positioniereinrichtungen in einer Ebene gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Achseneinrichtung und einer Beabstandungseinrichtung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In der folgenden Beschreibung der 1 bis 4 werden die gleichen Bezugsziffern für gleiche oder sich entsprechende Elemente verwendet.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Drehvorrichtung 100 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Figur zeigt eine vertikale Achse 1. Das untere Ende der Achse ist drehbar gelagert. Für die drehbare Lagerung der Achse können verschiedene Lager 21 vorgesehen sein. Während 1 eine Spitze zur Reduzierung der Reibungskräfte als Lager zeigt, können auch Kugellager, Wälzlager oder Magnete zur Lagerung vorgesehen sein. Das Lager der Achse 1 oder der Achseneinrichtung 1 mag möglichst reibungsarm ausgestaltet sein. Ein oberes Ende 22 der Achse 1, welches dem Lager 21 gegenüber liegt, wird von einer Halterung 2 in einer Position im Wesentlichen senkrecht zu einer Bodenfläche 18 gehalten, so dass die Achse 1 im Wesentlichen senkrecht zur Bodenfläche 18 steht. Die Halterung 2 kann auch als eine Gehäusewand oder Deckel für ein Gehäuse der Drehvorrichtung 100 realisiert sein. Für die Stabilierung kann ein Stabilisator, eine Stabilisierführung, eine Führungsbuchse oder ein Lager in der Gehäusewand vorgesehen sein. Die Lagerung und/oder Stabilisierung kann auch durch ein Kraftfeld realisiert werden, beispielsweise mit Hilfe von Magneten. Die Achse 1 mag auch als Kollektorachse bezeichnet werden. Die Halterung 2 mag auch Festhalter 2 genannt werden und mag eine möglichst spielfrei und/oder reibungsarme Drehung der Achseneinrichtung 1 um eine Längssymmetrieachse 1' der Achseneinrichtung 1 ermöglichen. Senkrecht zu der Achse 1 ist mindestens ein Kraftarm A einer Beabstandungseinrichtung 5 an der Achse 1 befestigt. In der in 1 dargestellten Ausführungsform, sind vier Kraftarme A, B, C und D vorgesehen. Die Kraftarme A, B, C, D sind kreuzförmig und senkrecht zur Achse 1 befestigt. Die Kraftarme A, B, C, D können in beliebiger Anzahl und Anordnung vorgesehen sein.
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Am Festhalter 2 ist starr ein Zahnrad 4 der Positioniereinrichtung befestigt, wobei die Achse 1 mittig durch das Zahnrad 4 geführt wird. Das Zahnrad 4 kann mit zwei Schrauben 3 an dem Festhalter 2 oder Flansch 2 befestigt sein. Die Achse 1 oder Achseneinrichtung 1 ist frei in dem Zahnrad 4 beweglich, so dass sich bei einer Rotationsbewegung der Achseneinrichtung 1 um ihre Längsachse 1' das Zahnrad 4 fest ist. Die Zahnung des Zahnrades 4, also die Anzahl der Zähne pro Umfang und/oder der Abstand zwischen den Zähnen teilt die Umdrehung der Achse um ihre Längsachse um einen Winkel von 360° oder 2π in gleichmäßige Winkelpositionen auf. In einem Beispiel weist das Zahnrad 40 Zähne auf. Das Zahnrad 4 kann auch als Sonnenrad eines Planetengetriebes realisiert sein.
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Im Folgenden wird die Positioniereinrichtung 4, 7a, 8 mit der Planetenanordnung 7 beschrieben, die an dem Kraftarm A der Beabstandungseinrichtung 5 ausgebildet sind. Solch eine Positioniereinrichtung 4, 7a, 8 mit der Planetenanordnung 7 ist an jedem der Kraftarme A, B, C, D der kreuzförmigen Trägereinrichtung 5 ausgebildet. Zur besseren Darstellung ist in 1 jedoch lediglich die Positioniereinrichtung 4, 7a, 8 mit der Planetenanordnung 7 des Bezugskraftarms A dargestellt. Die Markierung 6 ist während der Drehung der Achseneinrichtung 1 und der Drehung der Beabstandungseinrichtung 5 fest, ebenso wie der Festhalter 2. In anderen Worten ändert sich die Position des Festhalters 2 zu der Position der Markierung 6 während einer Drehung der Drehvorrichtung 100 nicht. Die in 1 dargestellte Position der Positioniereinrichtung 4, 7a, 8 mit der Planetenanordnung 7 gegenüber der Markierung 6, die zusammen mit der Drehvorrichtung 100 ein Drehsystem 300 bildet, mag als eine Bezugsposition oder Ausgangsposition bezeichnet werden. Diese Position wird von der Drehvorrichtung 100 periodisch nach jeweils einer vollen Umdrehung um die Achse eingenommen, also nach einer Umdrehung um 360°.
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Neben dem Rasterzahnrad 4 oder Zentralzahnrad 4, weist die Positioniereinrichtung 4, 7a, 8 mit der Planetenanordnung 7 ein Planetenzahnrad 7a und ein Abrollzahnrad 8 oder Umlenkzahnrad 8 auf. Das Rasterzahnrad 4, das Abrollzahnrad 8 und das Planetenzahnrad 7a bilden einen Teil einer Positionierungseinrichtung. Es gibt mehrere Möglichkeiten die Positionierungseinrichtung 4, 7a, 8 zu realisieren. Beispielsweise können statt Zahnrädern auch Rollen oder Seile genutzt werden, die entsprechend verbunden sind. Die Positioniereinrichtung ist so eingerichtet, die erste Befestigungsachse und die zweite Befestigungsachse bezogen zu der Markierung 6 asymmetrisch zu positionieren. Beim Drehen der Achseneinrichtung 1 in Relation zu der Halteeinrichtung 2 oder dem Festhalter 2 rollt das Abrollzahnrad 8 um das starre Rasterzahnrad 4 ab. Die Drehachse 108 des Abrollzahnrads 8 bewegt sich dabei auf einer Bahn um die Achse 1 in die gleiche Richtung, wie die Drehachse 107 des Planetenzahnrads, jedoch in unterschiedlichen Abständen von der Achseneinrichtung 1. Beide Achsen 108, 107 sind auf der Beabstandungseinrichtung 5 befestigt. Um die jeweilige Drehachse 107 und die Drehachse 108 herum drehen sich die Zahnräder 7a bzw. 8 jedoch in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen, beispielsweise im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn.
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Für die Positionierung ist am äußeren Ende des Kraftarmes A, also an einem von der Achseneinrichtung 1 entfernten Ende des Kraftarmes A, das Planetenzahnrad 7a befestigt. Das Planetenzahnrad 7a ist mittels der Drehachse 107 in einem Loch oder Lager 101 der Beabstandungseinrichtung 5, insbesondere des Kraftarms A drehbar angeordnet. Die Drehachse 107 des Planetenzahnrads 7a verläuft parallel zur Achse 1.
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Auf dem Zahnrad 7a sind zwei Befestigungsachsen 7b, 7c in einem definierten Abstand voneinander angeordnet. Die beiden Befestigungsachsen 7b, 7c sind in einem im Wesentlichen gleichen Abstand a von der Drehachse 107 auf einer Trägereinrichtung 107a oder direkt an dem Rand des Zahnrads 7a angeordnet. Durch die äquidistante Anordnung zu der Drehachse 107 mag der Schwerpunkt der Befestigungsachsen-Zahnrad-Anordnung auf der Drehachse 107 liegen, d.h. auf der Achse 107 des Zahnrads 7a.
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Zwischen dem Planetenzahnrad 7a und dem starren Zahnrad 4 oder dem Zentralzahnrad 4 kann sich ein oder eine Vielzahl weiterer Zahnräder 8 befinden. In 1 ist ein einziges Abrollzahnrad 8 ebenfalls drehbar auf dem Kraftarm A befestigt, wobei die Drehachse 108 des Zahnrads 8 parallel zur Achse 1 angeordnet ist. Für die drehbare Anordnung des Abrollzahnrads 8 ist zwischen dem äußeren Lager 101 des Planetenzahnrads 7a und der Achseneinrichtung 1 ein Loch 102 oder Lager 102 angebracht, welches die Achse 108 aufnimmt. Der Abstand des Lagers 102 von der Achseneinrichtung 1 beträgt im Wesentlichen die Summe der Radien des Zentralzahnrads 4 und des Abrollzahnrads 8 und kann proportional zu den Radien verändert werden. Der Abstand des Lagers 101 von der Achseneinrichtung 1 beträgt im Wesentlichen die Summe der Radien des Zentralzahnrads 4, des Abrollzahnrads 8 und des Planetenzahnrads 7a. In einem Beispiel sind die Radien des Zentralzahnrads 4 und des Abrollzahnrads 8 gleich und sie weisen die selbe Anzahl an Zähnen auf. Der Radius des Planetenzahnrads 7a ist geringer als der Radius des Abrollzahnrads 8, z.B. halb so groß, und das Planetenzahnrad weist beispielsweise die halbe Anzahl an Zähnen auf, wie das Abrollzahnrad. In der 1 ist eine Anordnung dargestellt, in der die Anzahl der Zähne des Abrollzahnrads 8 und des zentralen Zahnrads 4 gleich ist. Nachdem die Zähne der beiden Zahnräder 8, 4 in einander greifen, kann sich das Abrollzahnrad 8 über den Umfang des zentralen Zahnrads 4 abrollen und bei einer Umdrehung um das zentrale Zahnrad 4 hat sich das Abrollzahnrad 8 genau einmal um die eigene Achse 108 gedreht. Das Abrollzahnrad 8 kann 40 Zähne aufweisen und das Planetenzahnrad 7a kann 20 Zähne aufweisen, so dass sich ein Übersetzungsverhältnis von 1:2 zwischen den beiden Zahnrädern ergibt.
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Wird die Achse 1 so angetrieben, dass sie sich gegen den Uhrzeigersinn dreht, wie durch den Pfeil bei der Lagereinrichtung 21 angedeutet, so rollt sich auch das freie Zahnrad 8 entgegen dem Uhrzeigersinn auf der Mantelfläche des zentralen Zahnrades 4 ab. Auch das Planetenzahnrad 7a bewegt sich entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 1. Für die gleichsinnige Drehung mit der Achse 1 mag der Kraftarm A sorgen. Aufgrund der durch das Abrollen verursachten Drehung des freien oder mittleren Abrollzahnrades 8 dreht sich das Planetenzahnrad 7a im Uhrzeigersinn um die Drehachse 107, während sich das Zahnrad 8 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 108 dreht. Da das zentrale Zahnrad 4 feststehend ist und sich die Beabstandungseinrichtung 5 um die Achseneinrichtung 1 dreht, dreht sich das Zahnrad 8 in der gleichen Richtung wie die Achseneinrichtung 1. Allgemein können Drehungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn als entgegengesetzte Drehungen bezeichnet werden. Die spezifische Orientierung ist nur für die Darstellung in 1 gewählt ohne Einschränkung der allgemeinen Gültigkeit. In einem anderen Beispiel kann die Achseinrichtung 1 fest montiert sein und die Beabstandungseinrichtung 5 dreht sich um die Achseneinrichtung 1 in der gleichen Richtung wie das Zahnrad 8.
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Die 1 zeigt weiterhin eine Markierung 6 oder einen Bezugspunkt 6.
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In der Draufsicht nach 1a, 2 und 3 kann dieser Sachverhalt nochmals verdeutlicht werden.
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Falls die Achse 1 angetrieben wird, führt dieser Antrieb und das durch den Antrieb erzeugte Drehmoment dazu, dass sich die beiden Befestigungsachsen 7b, 7c, an der Markierung 6 vorbei bewegen.
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In 1 ist der erste Abstand zwischen der ersten Befestigungsachse 7b und der Markierung 6 größer, als der zweite Abstand zwischen der äußeren Markierung 6 und der zweiten Befestigungsachse 7c. Aufgrund der Drehbewegung der Drehachse 107 und des Planetenzahnrades 7a in einem vorgebbaren Abstand um die Achseneinrichtung 1 herum, bewegt sich die Planetenanordnung 7 oder der Zwilling 7, welche/welcher das Planetenzahnrad 7a aufweist, an der Markierung 6 vorbei.
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1a zeigt die in 1 dargestellte Drehvorrichtung in der Draufsicht und Positionen P1, P2 der Planetenanordnung 7 zu verschiedenen Zeitpunkten t1 , t2 einer Drehbewegung. 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel der Drehvorrichtung mit einer Positionierungseinrichtung 4, 7a, 8 mit Planetenanordnung 7, welche auf einem Kraftarm A angeordnet ist. Ein zweiter, dem Kraftarm A gegenüberliegender Arm D dient dem Antrieb der Achseneinrichtung 1, insbesondere dem Aufbringen eines Antriebs-Drehmoments um die Achseneinrichtung 1. Auf diesem gegenüberliegenden Arm D ist eine sichelförmige Scheibe 9a oder Sichel 9a montiert. Die Sichel 9a dient zur Führung einer Schnur 9b, die in einem vorgebbaren Abstand von der Achseneinrichtung 1 angebracht ist, um ein Drehmoment in die Achse 1 einzuprägen. Die Schnur 9b verläuft tangential entlang eines Mantelbereichs der Sichel 9a. Ein Ende der Schnur 9b ist an einem der beiden spitzen Enden 9c der Sichel 9a befestigt. Eine Zugkraft an der Schnur 9b bewirkt somit eine Drehung des Kraftarms A, D und der Achse 1 entgegen dem Uhrzeigersinn unter dem Zentralzahnrad 4 hinweg. Der 1a ist zu entnehmen, dass in dem Moment, in dem die Drehachse 107 die gedachte erste Verbindungslinie 320 durchschreitet, der zweite Abstand der zweiten Befestigungsachse 7c und der Markierung 6 geringer ist, als der erste Abstand zwischen der ersten Befestigungsachse 7b und der Markierung 6. Die erste Verbindungslinie 320 ist die virtuelle Verbindungslinie zwischen der Achseneinrichtung 1 und der äußeren Markierung 6. Es kann auch eine dritte Verbindungslinie 321 zwischen den Drehachsen 107, 108 und der Achseneinrichtung 1, die parallel zu dem Kraftarm A verläuft, als eine Verbindungslinie 321 bestimmt werden, die sich mit der Drehvorrichtung 100 mitbewegt. In dem Moment, in dem sich die zweite Befestigungsachse 7c von der Markierung 6 entfernt, weist die dritte Verbindungslinie 321 einen Winkel zu der gedachten ersten Verbindungslinie 320 auf. In einem anderen Beispiel, wie in 2 dargestellt, können in diesem Moment die beiden Verbindungslinien 320, 321 aufeinander liegen. Die dritte Verbindungslinie 321 entspricht im Wesentlichen dem Verlauf des Kraftarms A, D. Die Markierung 6 weist in dem Moment, in welchem der kürzeste Abstand zwischen der zweiten Befestigungsachse 7c und der Markierung 6 vorliegt, einen Versatz zu der Achsenverbindungslinie 321 auf. Alternativ zu dem Antrieb mit der Schnur 9b kann die Achseneinrichtung auch mittels eines Motors angetrieben werden. Zum Antrieb der Kollektorachse 1 ist die Schnur 9e an dem anderen spitzen Ende 9d der Sichel befestigt.
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2 zeigt eine Draufsicht auf eine Drehvorrichtung mit eingezeichneten Abständen zu einer Markierung 6 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem in 2 wiedergegebenem Beispiel ist, im Gegensatz zu 1a, der nächst liegende Abstand d2 zwischen der zweiten Befestigungsachse 7c und Markierung 6 erreicht, wenn die Drehachse 107 die feststehende erste Verbindungslinie 320 durchschreitet. In diesem Moment liegen die erste Verbindungslinie 320 und die dritte Verbindungslinie 321 aufeinander. Die dritte Verbindungslinie 321 verläuft als gedachte Verbindungslinie 321 zwischen der Drehachse 107 und der Achse 1' der Achseneinrichtung 1 und bewegt sich mit der Drehvorrichtung 100 mit. Durch eine entsprechende Ausrichtung der Planetenanordnung 7 kann alternativ erreicht werden, dass der nächst liegende Abstand d2 zwischen der zweiten Befestigungsachse 7c und Markierung 6 erreicht wird, nachdem die Drehachse 107 die erste Verbindungslinie 320 überschritten hat, wie in 1a gezeigt.
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Zur Verdeutlichung der Abstände der Befestigungsachsen zueinander ist der erste Abstand d1 zwischen der ersten Befestigungsachse 7b und der Markierung 6 dargestellt. Außerdem ist der zweite Abstand d2 zwischen der zweiten Befestigungsachse 7c und der Markierung 6 dargestellt. Der Abstand der Mittelpunkte 7b,7c zu der Drehachse 107 beträgt jeweils a und ist gleich groß. Somit ergibt sich als Abstand 220 zwischen der ersten Befestigungsachse 7b und der zweiten Befestigungsachse 7c eine Größe von 2a. Dieser Abstand 220 bildet eine zweite Verbindungslinie 220, die von den Mittelpunkten 7b, 7c aufgespannt wird. Zwischen der ersten Verbindungslinie 320 und der zweiten Verbindungslinie 220 bildet sich an der Drehachse 107 ein Winkel γ aus, der, wenn die Achse 107 in der Nähe der Markierung 6 angeordnet ist, im Bereich]0°,90°[ liegt. Zwischen der zweiten Verbindungslinie 220 und dem Abstand d1 wird der Winkel α gebildet. Zwischen der zweiten Verbindungslinie 220 und dem Abstand d2 wird der Winkel β gebildet. Der Abstand d2 ist kleiner als der Abstand d1.
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Die Markierungen 6', 6", 6'" geben weitere Positionen an. Die Übersetzung der Planetenanordnung 7 gegenüber der Abrolleinrichtung 8 kann so eingestellt werden, dass die zweite Verbindungslinie 220 bei einer Position der dritten Verbindungslinie 321, welche Position sich zwischen den Markierungen 6 und 6' befindet, parallel zur dritten Verbindungslinie 321 ausgerichtet wird. Bei einer Weiterdrehung kann dann die erste Befestigungsachse 7b gegenüber der weiteren Markierung 6' die Rolle der zweiten Befestigungsachse 7c gegenüber der Markierung 6 übernehmen und einen kürzeren Abstand zu der weiteren Markierung 6' generieren. So kann sich die Rolle der ersten Befestigungsachse 7b und der zweiten Befestigungsachse nach jeder Viertel Drehung vertauschen.
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3 zeigt eine Teilansicht einer Drehvorrichtung mit vier Positioniereinrichtungen mit Planetenanordnung in einer Ebene gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt, dass die zweiten Befestigungsachsen 7c, 7c" und die ersten Befestigungsachsen 7b', 7b'" abwechselnd nach jeweils einer Drehung um 90° ihre Rollen vertauschen. Außerdem ist der 3 zu entnehmen, dass die Markierungen 6, 6', 6", 6'" von den dritten Verbindungslinien 321, 321' der Drehachsen der Planetenzahnräder 7a, 7a', 7a", 7a'" mit der Achse 1 jeweils im Moment des geringsten Abstand zwischen zweiter Befestigungsachsen 7c, 7c" und Markierung 6, 6', 6", 6'" bzw. zwischen erster Befestigungsachse 7b', 7b'" und Markierung 6', 6'" versetzt verlaufen. Der Versatz kann bezüglich erster Verbindungslinien 320 gemessen werden, die zwischen den Markierungen 6, 6', 6", 6'" und der Achse 1 verlaufen. In dem Moment des geringsten Abstands haben auch die Achsen 107 der Planentenzahnräder 7a, 7a', 7a", 7a'" die Markierungen 6, 6', 6", 6'" passiert. Die dritten Verbindungslinien 321, 321' sind in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet und verlaufen parallel zu in 3 nicht dargestellten Kraftarmen.
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Die 4 zeigt Ausführungen von Teilkomponenten der Drehvorrichtung. Die Kollektorachse 1 besteht aus Profilaluminium mit rundem Querschnitt, beispielsweise mit einem Durchmesser D von 15 mm. Ein Kraftarm A, B, C, D oder eine Beabstandungseinrichtung 5 mag ein Profilaluminium mit quadratischem Querschnitt aufweisen, beispielsweise mit 20 mm Seitenlänge.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
