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Die
Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit Kurbelzapfen und
Hebelarm an der Lagerachse des Planetenrades (Kurbelzapfen dreht
nicht um das Achszentrum der Lagerachse des Planetenrades).
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Bekannt
ist (z.B. durch das Buch die Grundlagenkonstruktion von Johannes
Loomann und deren Anwendung in Fahrzeugen Auflage 3 Band 26) der grundsätzliche
Aufbau und die Arbeitsweise von Planetenradgetrieben und deren Anwendungsmöglichkeiten.
Diese Art von Planetenradgetrieben weisen in ihrer einfachsten Bauart
folgende Teile auf: sie bestehen aus Sonnenrad, Hohlrad und Planetenrad
wobei das Sonnenrad oder das Hohlrad wahlweise feststehen kann,
und der jeweils andere Teil beweglich ist. Mit Hilfe eines Steges
wird zwischen Sonnenrad und Hohlrad ein Planetenrad im Achszentrum
des Planetenrades gehalten und geführt, so dass eine Wirkverbindung
zwischen Sonnenrad und Planetenrad entsteht und auf der gegenüberliegenden
Seite eine Wirkverbindung zwischen Planetenrad und Hohlrad gebildet
wird. Der Antrieb bzw. Abtrieb derartiger Planetenradgetriebe ist über Sonnen-
oder Hohlrad bzw. Planetenrad möglich
wobei der An- oder Abtrieb am Planetenrad mit Hilfe eines Steges
im Achszentrum des Planetenrades geschieht.
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Somit
erfolgt die Kraftübertragung
Antrieb oder Abtrieb am Planetenrad über den Steg auf die Lagerachse
des Planetenrades. Der Steg hat damit zum einem die Aufgabe, die
Kräfte
vom Planetenrad über
den Steg auf die Antriebswelle zu übertragen und umgekehrt. Zum
anderem wird das Planetenrad durch den Steg an der Lagerachse genau
zwischen den beiden Wirkverbindungen Sonnenrad/Planetenrad und Planetenrad/Hohlrad
geführt.
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Diese
Art von Planetenradgetrieben besitzt im Achszentrum des Getriebes
eine Eingangs- und eine Ausgangswelle mit unterschiedlichen Drehzahlen.
So kann z.B. die Antriebswelle am Steg des Planetenrades eine kleinere
Drehzahl als die Abtriebswelle des Sonnenrades haben. Das Planetenradgetriebe
muß in
seinem Inneren so konstruiert sein, dass die an der An- und Antriebswelle
fest angeordneten Teile mit unterschiedlichen Drehzahlen sich nicht
behindern. Es wird ein konstruktiver Aufbau benötigt, wo mit Hilfe eines Steges
an der Antriebswelle eingegebenen Drehkraft im Achszentrum auf das Planetenrad übertragen
wird. Das wird möglich
durch einen Steg an der Lagerachse des Planetenrades durch eine
Art des Umgreifens des Sonnenrades.
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So
sind am Steg ein oder mehrere Planetenräder um das Sonnenrad gleichmäßig verteilt
angeordnet. Auch eine zweiseitige Abstützung- (Steg) des Planetenrades
ist möglich.
Einmal auf An- bzw. Abtriebswelle und zum anderen durch die Lagerung
des Steges auf der Welle des Sonnenrades mit Hilfe eines Lagers
wie z.B. in der Auslegeschrift Nr. 1200629 beschrieben.
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Damit
ein störungsfreier
Lauf des Planetenrades um das Sonnenrad gewährleistet wird, muß die Mittelachslinie
des Planetenrades während
der Drehung des Planetenrades um das Sonnenrad parallel zur Mittelachslinie
von An- und Abtriebswelle liegen. Dies erfordert eine sehr gute
Lagertechnik von den beiden getrennt gelagerten An- und Abtriebeswellen des
Planetenrades und der Achse des Sonnenrades, die auch als An- bzw.
Abtrieb Verwendung findet oder eingesetzt werden kann. Auch die
Lagerung des Planetenrades benötigt
eine sehr gute Lagertechnik (geringes Spiel der Lager) für die Führung zwischen Sonnenrad
und Hohlrad.
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Diese
notwendige Lagertechnik im Verhältnis
zur tatsächlich
benötigten
Zahnradbreite für
die Kraftübertragung
relativ viel Kraft.
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Weiterhin
ist bei dieser Art von Getrieben ein geradlinig verlaufender Antrieb,
der direkt am Planetenrad ansetzt und in eine Drehbewegung umgewandelt
wird, nicht möglich,
da die Ein- bzw. Ausgangswelle im Zentrum des Planetenradgetriebes
die Bewegung des Pleuels am Kurbelzapfen des Planetenrades behindern
würde Weiter
ist bekannt durch die Offenlegungsschrift PCT/DE 03/01784 eine exzentrische
Anordnung der Kraftachse einer Lagerachse des Planetenrades sowie
ein An- bzw. Abtrieb über ein
Kraftabnahmeelement, das direkt an der Aussenfläche des Hohlrades mit seiner
Aussenverzahnung zur Krafteinleitung angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht den
Einsatz des Planetenradgetriebes auch als Kurbeltrieb. Weiter ist
ein Trägerring
für eine Halterung
und Führung
von Planetenrädern
bekannt.
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Aus
der Schrift geht weiter hervor, dass für ein größtmögliches Übersetzungsverhältnis auf
das Kraftabnahmeelement das Sonnenrad so groß wie möglich und das Planetenrad so
klein wie möglich sein
muss. Die Achse des Planetenrades muß demzufolge auch einen geringen
Durchmesser aufweisen.
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Bei
exzentrischer Anordnung der Kraftachse an der Lagerachse des Planetenrades
ergibt sich bei gleicher Stabilität immer ein größerer Gesamtdurchmesser
von Kraftachse und Lagerachse als bei einer zentrischen Kraftachse
an der Lagerachse.
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Mittels
zentrischer Anordnung einer Kraftachse an der Lagerachse des Planetenrades
ist ein kleinerer Durchmesser für
die Lagerachse des Planetenrades möglich.
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Durch
die Anordnung des Kraftabnahmeelements (Zahnrad) am Hohlrad, wie
das in der PCT/DE/03/01784 Anmeldung beschrieben ist, ähnelt der äußere Aufbau
des Planetenradgetriebes dem äußeren Aufbau
eines einfachen Übersetzungsgetriebes.
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Aufgabe
ist es, mit Hilfe eines Kurbelzapfens an einem Hebelarm, der an
der Lagerachse des Planetenrades angeordnet ist, eine 100 prozentige Kraftübertragung
der eingeleiteten Kräfte
an der Kraftachse im Achszentrum des Planetenrades auf die Wirkverbidnung
Planetenrad/Hohlrad zu übertragen,
das soll sowohl bei einer Anwendung als Kurbeltrieb (Planetenradgetriebe)
als auch bei einem Übersetzungsgetriebe
(Planetenradgetriebe) erreicht werden. Desweiteren soll durch eine
spezielle doppelte Lagertechnik des Trägerrings zwischen Achse Sonnenrad/Hohlrad
eine gute Führungs-
und Halterungsstabilität
für die
Planetenräder
erreicht werden. Mit Hilfe dieser Lagertechnik wird ein Teil der
am Trägerring
wirkenden Kräfte
direkt über
die Trägheit
(wie z.B. durch Fett, Oel die das Trägheitsmoment verändern) des
jeweiligen Lagers auf das Hohlrad übertragen. Diese vom Trägerring über das
Lager am Trägerring
auf das Hohlrad übertragenen
geringfügigen Kräfte sollen
beim Anlauf des Getriebes das Spiel der jeweiligen Zahneingriffe
am Getriebe durch ein sanftes Ineinandergreifen harmonisieren (ähnlich einer Kupplung).
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Durch
die Verwendung von unterschiedlichen Durchmessern der Außenverzahnung
am Hohlrad ergeben sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Anordnungen
des Abtriebes am Hohlrad auf ein Kraftabnahmeelement. Die äußere Form
des Hohlrades soll so gewählt
werden, dass die Wirkverbindung zwischen Abtrieb (Kraftabnahmeelemt)
und Hohlrad den gleichen Abstand vom Achszentrum des Sonnenrades
besitzt wie das Achszentrum des Kurbelzapfen am Hebelarm von der
Mittelachse des Sonnenrades. Desweiteren soll das Achszentrum des
Kurbelbolzens am Hebelarm in einer Linie mit der Wirkverbindung
Planetenrad/Hohlrad liegen und auch in einer Linie mit der Wirkverbidnung
Hohlrad/Kraftabnahmeelement.
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Weiterhin
ist es möglich,
durch Verwendung eines solchen Hebelarmes mit Kurbelzapfen an der Lagerachse
des Planetenrades, den Durchmesser kleiner zu gestalten als bei
einer exzentrischen Anordnung der Kraftachse an der Lagerachse.
Durch diese Anordnung wird der Gesamtdurchmesser des Planetenrades
verkleinert und der Sonnenraddurchmesser vergrößert. Das bewirkt ein günstigeres Übersetzungsverhältnis auf
das Kraftabnahmeelement. Desweiteren kommt es durch den Hebelarm (10)
mit Kurbelzapfen (11) zu einem günstigeren Drehmoment am Planetenradgetriebe.
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1 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes
mit Hebelarm und Kurbelzapfen an einer zentrisch angeordneten Kraftachse
des Planetenrades, dabei haben An- und Abtrieb wie auch die Wirkverbindung
Planetenrad/Hohlrad den gleichen Abstand vom Achszentrum des Sonnenrades
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2 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes
mit zwei sich gegenüberliegenden
Planetenräder
an einem drehbar gelagerten Ring, der zwischen der Achse des Sonnenrades
und dem Hohlrad durch Lager gehalten und geführt wird
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3 Darstellung
von zwei erfindungsgemäßen Planetenradgetrieben,
die zu einem Kurbeltrieb (Kurbeltrieb des Fahrrades) zusammengesetzt
sind.
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4 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes
für einen
Kurbeltrieb (Verbrennungsmotor oder Kolbenpumpe)
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5 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes
mit zwei sich gegenüber-
liegenden Planetenrädern,
an denen jeweils ein Kurbelarm an den Aussenseiten der Planetenräder befestigt
ist, welche durch eine Strebe für
einen Antrieb im Achszentrum des Sonnenrades miteinander verbunden
sind
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6 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes
von 5 (Frontansicht zeigt die Anordnung des Hebelarmes
mit Kurbelzapfen an der Achse des Planetenrades)
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7 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes
mit versetztem Antrieb direkt am Trägerring (an der Aussenseite
mit Hilfe eines Hebelarmes und Kurbelzapfen direkt am Trägerring)
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8 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes
eines Antriebs oder Abtriebs mit Hebelarm und Kurbelzapfen an der
Innenseite des Trägerringes
mittels eines scheibenförmigen Steges
der auf der Achse des Sonnenrades drehbar gelagert ist
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9 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Getriebes
wo die feststehende Bahn des Sonnenrades einen geraden Verlauf aufweist,
und die Antriebsbahn des Hohlrades durch eine Zahnstange ersetzt wurde,
die ein Abtriebselemt antreibt.
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10 Darstellung
eines erfindungsgemäßen Getriebes
wie in 9 an Stelle der Zahnstange wird ein Seil oder
Kette verwendet, die zum Antrieb eines Aufzuges dient.
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1 zeigt
ein Planetenradgetriebe mit zwei sich gegenüberliegenden Lagerachsen (1 und 2),
die durch einen Trägerring
(3) geführt
und gehalten werden. Durch Lager (4) lässt sich Trägerring (3), der auf der
feststehenden Achse (5) sitzt, im Kreis von 360 Grad drehen.
An der gegenüberliegenden
Fläche von
Lager (4) am Trägerring
(3) sitzt ein zweites Lager (6), das mit dem drehbar
gelagerten Hohlrad (7) verbunden ist und so zu einer besseren
seitlichen Stabilisierung des Trägerringes
(3) beiträgt.
An der seitlichen Außenfläche am Trägerring
(3) sind die Lagerachsen (1 und 2) befestigt.
Die Lagerachsen (1 und 2) dienen als Träger für das Planetenzahnrad
(8) auf einem Lager (9).
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Desweiteren
dient die Lagerachse (1 und 2) als Träger für den Hebelarm
(10) mit Kurbelzapfen (11), der so angeordnet
ist, dass eine optimale Hebelwirkung (100 Prozent) am Planetenradgetriebe
erzielt wird. Der Kurbelzapfen (11) ist somit achsparallel
zur feststehenden Achse (5) angeordnet. Die Lagerachse
(1 und 2) dreht sich gemeinsam mit Trägerring
(3) im Kreis von 360 Grad. Die Kraft, die auf den Kurbelzapfen
(11) wirkt, wird über
den Hebelarm (10) auf die Lagerachse im Achszentrum des
Planetenrades (8) übertragen.
Das Planetenrad (8) dreht dabei auf Lagerachse (1)
mit Trägerring
(3) im Kreis von 360 Grad um die feststehende Achse (5).
Durch die Verschiebung des Planetenrades (8) um die feststehende
Achse (5) mit seinem Sonnenzahnring (12) kommt
es zur Drehung des Planetenrades (8) auf Lagerachse (1 ).
Dabei greift die Aussenverzahnung von Planetenzahnrad (8)
in die Innenverzahnung (13) des Hohlrades (7).
Das Hohlrad (7) dreht so um die feststehende Achse (5)
durch das Lager (14). Mit seiner Außenverzahnung (15) überträgt das Hohlrad (7)
die eingeleiteten Kräfte
auf ein ausserhalb liegendes Zahnrad (16) mit Welle (19).
Die Welle (19) ist ausserhalb des Wirkungsbereiches von
Sonnenzahnring (12) und Planetenzahnrad (8) achsparallel zu
Achse (5) angeordnet. Durch ein Anordnung von mehreren
Lagerachsen mit Planetenrädern
am Trägerring
(3) wird ein besserer Kräfteausgleich am Planetenradgetriebe
erreicht.
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Das
Achszentrum von Kurbelzapfen (11) am Hebelarm (10)
hat den gleichen Abstand vom Achszentrum (18) der Achse
(5) wie die beiden Wirkverbindungen Planetenrad/Hohlrad
und Hohlrad/Zahnrad (Kraftabnahmeelement).
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Durch
eine Anordnung des Hebelarmes (10) mit Kurbelzapfen (11)
an der Lagerachse (1) des Planetenrades (8) ist
ein geringerer Durchmesser der Achse (1) des Planetenrades
(8) und damit auch kleineres Planetenrad (8) möglich.
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Um
eine 100-prozentige Kraftübertragung auf
die Wirkverbindung Planetenrad/Hohlrad zu erreichen, muss das Achszentrum
des Kurbelzapfens (11) genau in einer Linie (17)
mit der Wirkverbindung Planetenrad/Hohlrad liegen und hat so den
gleichen Abstand von der Mittelachse (18) des Sonnenzahnringes
(12).
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Für eine 100-prozentige
Kraftübertragung auf
ein ausserhalb liegendes Kraftabnahmeelement (16) am Hohlrad
(7) hat die Anordnung der Wirkverbidnung Hohlrad/Kraftabnahmeelemt
(16) im gleichen Abstand vom Achszentrum (18)
des Sonnenzahnringes (12), wie auch die Wirkverbindung
Planetenrad/Hohlrad (7) vom Achszentrum (18) des
Sonnenzahnringes (12) zu erfolgen. Somit sind die Wirkverbindungen
auf einer Linie (17).
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Trägerring
(3) ist zwischen der Achse (5) für Sonnenzahnringes
(12) und dem Hohlrad (7) durch zwei sich gegenüberliegende
Lager (4 und 6) gehalten und geführt. Bei
Verwendung von breiten Lagern (4 und 6), besitzt
der Trägerring
(3) eine hohe seitliche Stabilität.
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Der
Trägerring
(3) ist in der Lage, einen Teil der an ihm wirkenden Drehkräfte über das
Lager (6) zwischen Hohlrad (7) und Trägerring
(3) auf das Hohlrad (7) zu übertragen. Dadurch entsteht
an den Zahneingriffen Planetenrad/Hohlrad und Planetenrad/Sonnenrad
der Effekt einer Art sanften Kupplung beim Anlauf des Getriebes.
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2 zeigt
die Frontansicht des erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes wie
in 1 beschrieben. Dieses Getriebe besitzt nur einen
Kurbelzapfen (11) mit einem Hebelarm (10) an Lagerachse
(1). Dadurch ergibt sich ein Anwendungsbereich für dieses
Getriebe als Kurbeltrieb wie z. B. für Verbrennungsmotoren und Kolbenpumpen
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3 zeigt
grundsätzlich
den gleichen Aufbau des Planetenradkurbelgetriebes wie in 1 beschrieben.
Zwei Kurbeltriebe werden mit ihren Kurbelzapfen (11) und
Hebelarmen (10) um 180 Grad zueinander versetzt angeordnet,
wobei die beiden Kraftabnahmeelemente (16) mit einer gemeinsamen Welle
(19) verbunden sind und so die um 180 Grad versetzte Position
der Kurbelzapfen (11) bei einer Drehung des Planetenrades
(8) um das Sonnenrad (12) konstant beibehalten
wird. Die beiden Getriebe sind im Achszentrum des feststehenden
Sonnenrades über
eine keilförmige
Achse (20) durch Schrauben verbunden. Diese Art des Kurbeltriebes
ist damit ähnlich
dem eines Fahrrades
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4 zeigt
den gleichen grundsätzlichen Aufbau
wie in 1 beschrieben. Zwei Planetenradkurbeltriebe für Verbrennungsmotoren
oder Kolbenpumpen werden so zueinander zusammengesetzt, dass die
beiden Kurbelzapfen (11) am Hebelarm (10) zu einem
Kurbelzapfen (11) für
ein Pleuel zusammengefügt
werden. Die Kraft, die auf den Kurbelzapfen (11) einwirkt,
verteilt sich jetzt auf zwei Trägerringe
(3), die zwischen Sonnenzahnring (12) und Hohlrad
(7) durch Lager (4 und 6) geführt und
gehalten werden. Dadurch entsteht eine höhere seitliche Stabilität an der
Lagerachse (1) des Planetenrades (8), die auch
die Aufgabe hat, dass Planetenrad (8) zwischen Sonnenzahnring
(12) und Hohlrad (7) genau zu führen. Die
beiden Abtriebe (16) können
dabei wahlweise über
eine Welle (19) miteinander verbunden werden
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5 zeigt
ein baugleiches Pianetenradgetriebe wie in 1 beschrieben,
aber mit zwei Kurbelzapfen (11) und zwei Hebelarmen (10)
an Lagerachse (1 und 2), die durch eine Strebe
(22) miteinander verbunden sind. Die Strebe (22)
besitzt im Achszentrum (18) eine Achse (21) zur
Krafteinleitung
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6 zeigt
Frontansicht von 5.
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7 zeigt
Frontansicht von 5 mit einer Änderung der Anordnung beiden
der Kurbelzapfen (11) mit den Hebelarmen (10).
Dabei erfolgt die Anordnung direkt am Trägerring (3), die beiden
Kurbelzapfen (11) an den Hebelarmen (10) weisen
den gleichen Abstand vom Achszentrum (18) der Achse (5)
auf, wie in 1 mit Hilfe der Linie (17)
beschrieben.
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Somit
ist bei dieser Art der Anordnung und der Kraftzuführung direkt
am Trägerring
(3) mittels Strebe (22) und Achse (21),
die im Achszentrum (18) der Achse (5) ebenfalls
eine 100-prozentige Kraftübertragung
auf die Wirkverbindung Planetenrad/Hohlrad und Hohlrad/Zahnrad gewährleistet.
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Der
Hebelarm (10) mit Kurbelzapfen (11) kann so direkt
an der Aussenseite des Trägerringes (3)
befestigt werden, wenn der Trägerring
(3) an der Aussenseite einen Durchmesser aufweist, an dem zwei
sich gegenüberliegende
Kraftachsen (23) an der Aussenseite direkt am Trägerring
(3) angeordnet werden können.
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8 zeigt
ein Planetenradgetriebe mit Kurbelzapfen (11) und Hebelarm
(10) zwischen Planetenrad (8) und Hohlrad (7).
Der Kurbelzapfen (11) wird über Steg bzw. Kurbelscheibe
(24) zwischen Planetenrad und Hohlrad angetrieben. Die
Kurbelscheibe bzw. Steg (24) ist auf Achse (5)
durch Lager (25) drehbar angeordnet. Auch hier kann der
Kurbelzapfen (11) mit Hebelarm (10) direkt am
Trägerring
(3) angeordnet werden, sodass er zwischen den Lagerachsen
(1 und 2) der Planetenräder (8) direkt am
Trägerring
(3) sitzt.
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Der
Trägerring
(3) wird an seiner Innenseite mittels Steges angetrieben,
dies ist für
alle Punkte am Trägerring
(3) auf einem Kreis von 360 Grad möglich. So kann der Steg zur
Krafteinleitung auch zwischen den Planetenrädern (8) angeordnet
sein. Es ist weiterhin möglich
An- bzw. Abtrieb am Planetenrad (8) einen zweiten Steg
an der Aussenseite des Planetenrades zur Halterung und Führung des
Planetenrades (8) anzuordnen.
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9 zeigt
ein Getriebe mit Zahnrad (27) an einer Zahnstange (26).
Die Zahnstange (26) übernimmt
die Aufgabe des Hohlrades und deren bewegliche Bahn. Desweiteren
besitzt das Rad (27) eine Wirkverbidnung zu einer zweiten
feststehenden Bahn (28), die der Bahn des Sonnenrades ähnlich ist. Zahnrad
(27) wird an Bahn (28) abgerollt. Zahnrrad (27)
wird zwischen den beiden Bahnen durch eine Trägerschiene (29) mit
Lager (30) gehalten und geführt. An der Achse des Zahnrades
befinedt sich ein Hebelarm (10) mit Kurbelzapfen (11).
Der Kurbelzapfen (11) befindet sich mit seinem Achszentrum
auf Höhe
der Wirkverbindung Zahnrad (27) mit Zahnstange (26).
Zahnstange (26) treibt ein Abtriebselement (30)
an. Zahnstange (26) wird durch Lager (31) gehalten
und geführt.
Durch Verschiebung des Zahnrades (27) und gleichzeitiges
Abrollen an der feststehenden Bahn (28), kommt es über die
Wirkverbindung Zahnrad (27) und Zahnstange (26)
zum Antrieb des Kraftabnahmeelementes (30).
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10 besitzt
den grundsätzlich
gleichen Aufbau wie in 9 beschrieben, nur mit einer Änderung,
das die Zahnstange (26) durch eine Kette oder Seil (32)
für eine
Aufzug (33) ersetzt wird.