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Die
Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Getriebevorrichtungen
dieser Art, wie sie z. B. für
die Anwendung bei Dampfmaschinen vorgeschlagen wurden, stellen eine
Vereinfachung üblicher
Planetengetriebe dar. Sie enthalten ein drehbar gelagertes Sonnenrad,
das von wenigstens einem Planetenrad umkreist wird, dessen Lagerachse
nach Art eines Kurbeltriebs mit Hilfe einer Pleuelstange in eine
Umlaufbewegung um das Sonnenrad versetzt wird.
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Diese
Anordnung dient dem Zweck, die Hin- und Herbewegung des Kolbens
einer Zylinder/-Kolben-Anordnung in eine Drehbewegung des Sonnenrads
umzuwandeln. Damit das umlaufende Planetenrad eine Kraft bzw. ein
Drehmoment auf das Sonnenrad übertragen
kann, wird das Planetenrad undrehbar bzw. starr an der Pleuelstange
befestigt. Dadurch wird verhindert, dass das Planetenrad bei seiner
Umlaufbewegung um das Sonnenrad auch um seine eigene Achse rotieren
kann. Die Pleuelstange dient somit nicht nur als Antriebs- bzw.
Kraftübertragungsmittel,
sondern auch als Drehsicherungsmittel. Dabei wird unter "Drehsicherung" im Rahmen der vorliegenden
Anmeldung verstanden, dass das Planetenrad eine räumlich feste
Lage relativ zur Getriebeachse einnimmt und diese relative Lage
auch bei den üblichen
Bewegungen der Pleuelstange im wesentlichen beibehält.
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Ein
Vorteil der beschriebenen Getriebevorrichtung besteht in ihrem vergleichsweise
einfachen konstruktiven Aufbau. Nachteilig ist jedoch, dass sie nur
dazu geeignet ist, lineare Hubbewegungen einer Zylinder/-Kolben-Anordnung
in eine Drehbewegung oder umgekehrt umzuwandeln. Eine direkte Umwandlung
einer ersten Drehbewegung in eine zweite Drehbewegung wie bei einem üblichen
Planetengetriebe ist dagegen nicht möglich. Ein weiterer Nachteil
ergibt sich aus dem Umstand, dass die eigentliche Kraftübertragungsachse
mit der Mittelachse des Planetenrads zusammenfällt und daher immer die im Achszentrum
des Planetenrads mit der Pleuelstange ausgeübte Kraft auf die Wirkverbindung
Planetenrad/Sonnenrad übertragen
wird bzw. umgekehrt und keine anderen Kraftübertragungsverhältnisse
hergestellt werden können.
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Daneben
sind Getriebevorrichtungen, insbesondere in Form von Planetengetrieben
bekannt geworden (PCT WO 03/102446 A1, PCT WO 04/085880 A1, PCT
WO 05/057053 A1), bei denen die Lage der Kraftübertragungsachse exzentrisch
zur Mittelachse des Planetenrads liegt und je nach Bedarf an eine
vorgewählte
Stelle zwischen den Wirkverbindungen Planetenrad/Sonnenrad einerseits
und Planetenrad/-Hohlrad
andererseits gelegt werden kann, die sich beim Betrieb des Planetengetriebes nicht
verändert.
Dadurch werden viele bisher nicht realisierbare Getriebekonstruktionen
ermöglicht.
Allerdings lässt
sich die exzentrische Kraftübertragung nicht
bei Getriebevorrichtungen der eingangs bezeichneten Gattung anwenden.
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Ausgehend
davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei
der Getriebevorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung die Voraussetzungen
dafür zu
schaffen, dass sie einerseits auch zur Umwandlung von Drehbewegungen
in Drehbewegungen und andererseits für eine exzentrische Kraftübertragung
geeignet ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1.
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Die
Erfindung bringt durch die Trennung der Kraftübertragungsmittel von den Drehsicherungsmitteln
den wesentlichen Vorteil mit sich, dass beide je nach Bedarf an
die im Einzelfall gewünschten
Verhältnisse
angepasst werden können.
So können
z. B. die Drehsicherungsmittel je nach Bedarf mehr radial oder mehr
axial relativ zur Getriebeachse erstreckt werden, während zum
An- oder Abtrieb außer
Pleuelstangen auch Zahnräder,
Riemen, Ketten od. dgl. verwendet und die Kraftübertragungsachsen dabei exzentrisch
angeordnet werden können.
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Weitere
vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
schematischen, eine Getriebeachse enthaltenden Schnitt durch eine
bekannte Getriebevorrichtung;
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2 eine
schematische, teilweise geschnittene Vorderansicht der Getriebevorrichtung
nach 1;
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3 und 4 den 1 und 2 entsprechende
Ansichten eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen, ein
Sonnenrad und ein Planetenrad enthaltenden Getriebevorrichtung;
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4a schematisch
eine vergrößerte Einzelheit
der Getriebevorrichtung nach 3 und 4;
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5 und 6 jeweils
der 3 entsprechende Ansichten von zwei weiteren Ausführungsbeispielen
einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
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7 und 8 den 3 und 4 entsprechende
Ansichten eines vierten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen, jedoch
ein Hohlrad und ein Planetenrad aufweisenden Getriebevorrichtung;
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9 und 10 der 7 entsprechende Ansichten
von zwei weiteren Ausführungsbeispielen einer
erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
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11 und 12 die
Getriebevorrichtungen nach 3 und 5,
jedoch mit einem anderen Drehsicherungsmittel;
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13 und 14 die
Getriebevorrichtungen nach 3 und 5 mit
noch einem anderen Drehsicherungsmittel;
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15 eine
grob schematische Vorderansicht analog zu 4 der Getriebevorrichtung
nach 14 bei unterschiedlichen Stellungen eines Planetenrads;
und
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16 schematisch
in einer der 15 entsprechenden Ansicht ein
weiteres Ausführungsbeispiel
für ein
Drehsicherungsmittel bei unterschiedlichen Stellungen eines Planetenrads.
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1 und 2 zeigen
eine bekannte, nach Art eines Planetengetriebes ohne Hohlrad aufgebaute
Getriebevorrichtung. Die Getriebevorrichtung enthält ein Sonnenrad 1,
das um eine Getriebeachse 2 drehbar in einem Gehäuse gelagert
ist. Das Sonnenrad 1 ist z. B. mit einer Außenverzahnung
versehen, die eine erste, im wesentlichen kreisförmige, zur Getriebeachse 2 koaxiale
Bahn 3 bildet. Eine zweite Bahn 4, die ebenfalls
im wesentlichen kreisförmig und
koaxial zur Getriebeachse 2 ist und die erste Bahn 3 mit
einem vorgewählten
Abstand umgibt, definiert eine Umlaufbahn, auf der eine Lagerachse 5 des
Planetengetriebes bzw. deren gedachte Mittelachse um das Sonnenrad 1 rotieren
kann. Auf der Lagerachse 5 ist ein Planetenrad 6 montiert,
das ebenfalls mit einer Außenverzahnung
versehen ist und an seinem Umfang mit der ersten Bahn 3 in
Wirkverbindung steht.
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Als
Mittel zur Übertragung
von Kräften
(Drehmomenten) zwischen einem Antriebsteil und der Lagerachse 5 ist
ein Kurbeltrieb vorgesehen, der eine Pleuelstange 7 aufweist,
die an einem Ende mit der Lagerachse 5 und am anderen Ende
mit einer nicht näher dargestellten
Hubvorrichtung 8 verbunden ist, die z. B. auch aus der
Kolbenstange einer Zylinder/Kolben-Anordnung bestehen kann. Die
Hubvorrichtung 8 ist z. B. an einer auf einem Fuß 9 abgestützten Säule 10 montiert.
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Damit
bei der Umlaufbewegung des Planetenrads 6 eine von der
Pleuelstange 7 ausgeübte Kraft
auf das Sonnenrad 1 übertragen
werden kann, sind das Planetenrad 6 und die Lagerachse 5 starr mit
der Pleuelstange 7 verbunden. Das bedeutet im Rahmen der
vorliegenden Anmeldung, dass das Planetenrad 6 keine Eigenrotation
um seine Lagerachse 5 ausführen kann, sondern bei einer
in Richtung eines Pfeils v (2)
und längs
der Bahn 4 durch den Kurbeltrieb herbeigeführten Umlaufbewegung
der Lagerachse 5 seine Drehwinkelstellung relativ zur Pleuelstange 7 beibehält. Dadurch
wird das Sonnenrad 1 in Richtung eines Pfeils w in derselben Richtung angetrieben. Das
so erzeugte Drehmoment kann an einer koaxial zur Getriebeachse 2 liegenden Abtriebswelle
des Sonnenrads 1 abgenommen werden.
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Zur
Vergleichmäßigung der
Drehbewegung des Sonnenrads 1 wird dessen Abtriebswelle
zweckmäßig mit
einem Schwungrad 11 verbunden. Außerdem wird die Lagerachse 5 in
der bei Planetengetrieben üblichen
Weise zusätzlich
durch einen Steg bzw. ein Halteelement 12 abgestützt, das
auf der Abtriebswelle des Sonnenrads 1 drehbar gelagert
ist und die Lagerachse 5 drehbar in sich aufnimmt. Das
Tragelement 12 rotiert beim Betrieb zusammen mit dem Planetenrad 6 um
die Getriebeachse 2.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind die Durchmesser des Sonnenrads 1 und des Planetenrads 6 gleich groß gewählt. Bei
einem vollen Umlauf des Planetenrads 6 um die Getriebeachse 2 wird
das Sonnenrad 1 daher um genau zwei Umdrehungen gedreht.
Die Kraftübertragung
findet dabei immer über
die Mittelachse des Planetenrads 6 statt, wie schematisch durch
eine Kraft F1 angedeutet ist. Außerdem zeigen 1 und 2,
dass mit der bekannten Getriebevorrichtung nur eine hin- und hergehende
Bewegung der Hubvorrichtung 8 in eine Drehbewegung des Sonnenrads 1 umgewandelt
werden kann.
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Mit
einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung
nach 3 und 4 können diese Nachteile überwunden
werden. Dabei sind wie in 1 und 2 ein
Sonnenrad 14, eine Getriebeachse 15 und eine erste,
vom Außenumfang
des Sonnenrads 14 gebildete Bahn 16 vorhanden.
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Ein
wesentlicher Unterschied der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung gegenüber der
Getriebevorrichtung nach 1 und 2 besteht
darin, dass die Funktionen der Drehsicherung für ein Planetenrad 17 und
für den
Antrieb einer Lagerachse 18 voneinander getrennt sind.
Zu diesem Zweck ist die Lagerachse 18 einerseits auf einem
Teil ihrer axialen Länge
fest und undrehbar mit dem Planetenrad 17 verbunden oder
mit diesem aus einem Stück
hergestellt, während
sie andererseits mit einem anderen Teil ihrer axialen Länge drehbar
in einer Hülse 19 gelagert
ist. Diese Hülse 19 ist
mit radialem Abstand von der Getriebeachse 15 an einem
dem Halteelement 12 nach 1 entsprechenden,
um die Getriebeachse 15 drehbar gelagerten Steg bzw. Halteelement 20 montiert.
Außerdem
ist anstelle des Schwungrads 11 in 1 ein um
die Getriebeachse 15 drehbar gelagertes Führungsrad 21 vorgesehen. Das
Führungsrad 21 ist
mittels eines Verbindungselements 22, das exzentrisch zu
seiner Mittelachse angeordnet ist, die hier der Getriebeachse 15 entspricht,
mit dem Halteelement 20 fest verbunden und im Ausführungsbeispiel
mit einer Außenverzahnung versehen,
die mit der Außenverzahnung
eines weiteren Rades 23 in Wirkverbindung steht, das um
eine zur Getriebeachse 15 parallele Achse 23a drehbar gelagert
ist. Wird daher das Rad 23 mit nicht dargestellten Mitteln
und damit auch das Führungsrad 21 in Umdrehungen
versetzt, dann nimmt das Führungsrad 21 das
Halteelement 20 mit und versetzt dadurch auch die Hülse 19 und
die Lagerachse 18 in eine Umlaufbewegung um die Getriebeachse 15.
Dabei läuft eine
gedachte Mittelachse 18a der Lagerachse 18 auf
einer zweiten, koaxial zur Getriebeachse 15 liegenden,
kreisförmigen
Bahn 24 um. Alternativ könnten die Lagerachse 18 und
das Planetenrad 17 einerseits sowie das Halteelement 20 und
das Führungsrad 21 andererseits
auch jeweils einstückig
hergestellt sein.
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Da
die Lagerachse 18 und damit auch das Planetenrad 17 drehbar
in der Hülse 19 gelagert
sind, weist die Getriebevorrichtung 14 nach 3 und 4 ferner
ein Drehsicherungsmittel auf. Dieses enthält eine Pleuelstange 25,
die an einem Ende starr und undrehbar an der Lagerachse 18 befestigt
und am anderen Ende mittels eines Drehlagers 26, dessen
Achse parallel zur Getriebeachse 15 angeordnet ist, gelenkig
mit einer Hülse 27 verbunden
ist. Außerdem
ist eine auf einem Fuß 28 abgestützte Säule 29 vorgesehen,
auf der die Hülse 27 gleitend
geführt
ist. Die Säule 29 ist
dabei senkrecht zur Getriebeachse 15 und so angeordnet,
dass die Hülse 27 bei
einer Umlaufbewegung der Lagerachse 18 auf der zweiten Bahn 24 automatisch
in der erforderlichen Weise längs
der Säule 26 hin-
und herbewegt wird und die Pleuelstange 25 daher die übliche Kurbelbewegung ausführt.
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Da
das eine Ende der Pleuelstange 25 fest mit dem Planetenrad 17 verbunden
ist und mit diesem und der Lagerachse 18 eine fest zusammenhängende,
in dem Halteelement 20 drehbar gelagerte Baueinheit bildet,
wird das Planetenrad 17 auf diese Weise gegen Drehungen
um die eigene Achse, die gleichzeitig die Mittelachse 18a der
Lagerachse 18 ist, gehindert. Das Planetenrad 17 kann
daher beim Umlauf längs
der ersten Bahn 16 allenfalls geringfügige Schwenkbewegungen ausführen, wobei
der mögliche
Schwenkbereich durch die maximalen Auslenkungen der Pleuelstange 25 zwischen
dem oberen und unteren Totpunkt festgelegt ist. Eine dieser Schwenkstellungen
ist in 4 angedeutet. Dabei zeigt 4 außerdem,
dass die Säule 29 auch
bei 30 schwenkbar am Fuß 28 gelagert sein
und bei der Umlaufbewegung des Planetenrads 17 in Richtung eines
Doppelpfeils x begrenzt hin-
und hergeschwenkt werden könnte.
Dadurch lässt
sich insbesondere das Umlaufen des starren Planetenrads 17 um
das Sonnenrad 14 verbessern.
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4a zeigt
eine bevorzugte Ausbildung des Halteelements 20, das an
dem von der Hülse 19 entgegengesetzten
Ende eine Buchse 31 aufweist, mit der es auf der nicht
näher dargestellten
Getriebeachse 15 drehbar gelagert ist. In einem mittleren
Bereich weist das Halteelement 20 ein im montierten Zustand
radial erstrecktes Langloch 32 auf, das vom Verbindungselement 22 durchragt
wird. Das Verbindungselement 22 ist in diesem Fall z. B.
ein in einer diametralen Nut des Führungsrads 21 montierter Bolzen,
der radial verstellbar am Führungsrad 21 gelagert
ist und eine im Einzelfall gewünschte
radiale Stellung einnehmen kann, die z. B. mittels einer Klemmschraube
festgelegt wird. Hierdurch ist es möglich, den radialen Abstand
des Verbindungselements 22 von der Getriebeachse 15 bzw.
die Stelle, an der die Kraftübertragung
vom Führungsrad 21 auf das
Halteelement 20 bzw. die Lagerachse 18 und das Planetenrad 17 stattfinden
soll, zu verändern.
Mit besonderem Vorteil wird die radiale bzw. exzentrische Lage des
Verbindungselements 22 so gewählt, dass es im wesentlichen
in Höhe
der Wirkverbindung Sonnenrad 14/Planetenrad 17 liegt.
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Aufgrund
der beschriebenen Anordnung erfolgt die Übertragung einer Kraft F3 vom
weiteren Rad 23, die der Kraft F1 an einer um 90° verschobenen
Stellung entspricht, über
das Führungsrad 21 und
das Verbindungselement 22 auf die Lagerachse 18 nicht
in der Mittelachse des Planetenrads 18, sondern exzentrisch
dazu. Im Gegensatz zu 2 wird mittels des Haltelements 20 eine
Hebelwirkung erzielt, so daß die
am Verbindungselement 22 eingeleitete Kraft F2 = 2·F1, die
im Bereich der Wirkverbindung Sonnenrad 14/Planetenrad 17 wirkt,
nahezu doppelt so groß wie
die Kraft F3 ist. Das ist in 4 durch
die Pfeile F1, F2 und F3 angedeutet.
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Die
anhand der 3 und 4 beschriebene
Getriebevorrichtung besitzt weiterhin den Vorteil, dass anstelle
des im wesentlichen durch die Pleuelstange 25 gebildeten
Drehsicherungsmittels auch zahlreiche andere Drehsicherungen verwendbar sind,
wie weiter unten anhand der 11 bis 16 näher erläutert ist.
Ein weiterer Vorteil der Getriebevorrichtung nach 3 und 4 besteht
darin, dass einerseits das von der Lagerachse 18 und dem Führungsrad 21 gebildete
Kraftübertragungsmittel mit
an sich beliebigen An- bzw. Abtriebsteilen kombiniert werden kann,
wie nachfolgend insbesondere anhand der 6 und 10 erläutert ist,
und dass dabei die Kraftübertragung
exzentrisch zur Mittelachse 18a der Lagerachse 18 bzw.
des von dieser getragenen Planetenrads 17 erfolgen kann.
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Die
mit einer exzentrischen Kraftübertragung erzielbaren
Vorteile sind insbesondere in den eingangs genannten Dokumenten
PCT WO 03/102446 A1, PCT WO 04/085880 A1 und PCT WO 05/057053 A1
ausführlich
erläutert,
weshalb diese Dokumente zur Vermeidung von Wiederholungen hiermit
durch Referenz auf sie zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung
gemacht werden.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 5 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen
wie in 3 versehen. Im Unterschied zu 3 ist
eine Lagerachse 34 vorgesehen, auf der ein Planetenrad 35 drehbar
gelagert ist. Die Lagerachse 34 ist starr und unbeweglich
mit einem Halteelement 36 verbunden, das einerseits mit
einer Buchse 37 drehbar um die Getriebeachse 15 gelagert
und andererseits mittels eines Verbindungselements 38 am Führungsrad 21 befestigt
ist. Daher bilden hier die Lagerachse 34, das Halteelement 36 und
das Führungsrad 21 ein starr
verbundenes Bauteil, das auch einstückig hergestellt sein könnte. Die
exzentrische Lage des Verbindungselements 38 kann wie des
Verbindungselements 22 in 3 gewählt sein.
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Um
trotz der drehbaren Anordnung des Planetenrads 35 auf der
Lagerachse 34 eine Kraft bzw. ein Drehmoment auf das Sonnenrad 14 ausüben zu können, ist
dem Planetenrad 35 ein Drehsicherungsmittel in Form der
auch aus 3 und 4 ersichtlichen
Pleuelstange 25 zugeordnet. Die Ankopplung der Pleuelstange 25 an
das Planetenrad 35 erfolgt z. B. mit einer Kupplungsscheibe 39,
die auf einer Breitseite an einer Stirnfläche des Planetenrads 35 und auf
der entgegengesetzten Breitseite mit der Pleuelstange 25 verbunden
ist. Beim Antrieb des das Führungsrad 21 und
das Halteelement 36 enthaltenden Kraftübertragungsmittels durch das
weitere Rad 23 wird daher das Planetenrad 35 wie
im Ausführungsbeispiel
nach 3 und 4 mit seinem Außenumfang
auf der Bahn 16 (4) geführt, ohne
sich dabei um seine eigene Mittelachse (35a in 5)
zu drehen.
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Im übrigen kann
das Verbindungselement 38 wie beim Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 radial
verstellbar am Führungsrad 21 montiert
sein.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 6 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen
wie in 5 versehen. Ein Planetenrad 41 ist hier
als dünner
Ring ausgebildet, der mittels eines Lagers 42, z. B. eines
Nadellagers, drehbar auf einer Lagerachse 43 gelagert ist.
Zwischen dem Innenmantel des Planetenrads 41 und dem Lager 42 ist
eine Buchse 44 befestigt, die auf einer vom Führungsrad 21 abgewandten
Seite mit einem radialen, z. B. als Flansch ausgebildeten und mit
der Pleuelstange 25 fest verbundenen Ansatz 45 versehen
ist. Durch den Ansatz 45 ergibt sich der Vorteil, dass
im Gegensatz zu 5 die vom Führungsrad 21 abgewandte
Stirnseite der Lagerachse 43 axial von außen her
frei zugänglich
bleiben kann und die Anbringung eines zweiten, um die Getriebeachse 15 drehbaren
Führungsrads 46 gestattet.
Dadurch kann die Lagerachse 43 beidseitig geführt und
gehalten werden, was die Getriebekonstruktion insgesamt wesentlich
stabiler macht. Außerdem
kann das zweite Führungsrad 46 als
An- oder Abtriebsteil eingerichtet und dazu als Ritzel, Riemenscheibe
od. dgl. ausgebildet sein.
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Die
beidseitige Führung
der Lagerachse 43 erlaubt es außerdem, sie anstatt mit dem
weiteren Rad 23 (5) mit einem
Kurbeltrieb anzutreiben. Hierzu weist die Lagerachse 43 auf
der dem Führungsrad 21 zugewandten
Stirnseite ein durch einen radialen Ausschnitt gebildeten, axial
abstehenden und daher exzentrisch angeordneten Bolzen 43a auf, der
vorzugsweise ein entsprechend bemessenes Loch des Führungsrades 21 durchragt.
Die radiale Lage des Bolzens 43a an Lagerachse 43 ist
weitgehend frei wählbar.
An dem aus dem Führungsrad 21 herausragenden
Ende des Bolzens 43a wird eine als Antriebselement wirkende
Pleuelstange 47 eines nicht näher dargestellten Kurbeltriebs
befestigt. Beim Antrieb der Pleuelstange 47 durch den Kurbeltrieb wird
daher wie bei den anderen Ausführungsbeispielen
eine Umlaufbewegung der Mittelachse der Lagerachse 43 auf
der Bahn 24 (4) herbeigeführt, so dass hier die Lagerachse 43 und
der Bolzen 43a das Kraftübertragungsmittel bilden, während die
Pleuelstange 25 und die mit ihr verbundenen Teile 44, 45 das
Drehsicherungsmittel für
das Planetenrad 41 darstellen.
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Im übrigen kann
beim Ausführungsbeispiel nach 6 das
Halteelement 20 bzw. 36 (3 bzw. 5)
entfallen, da der Bolzen 43a hier die Verbindungselemente 22 (3)
und 38 (5) ersetzt und wie diese in
der gewünschten
Weise exzentrisch am Führungsrad 21 befestigt
werden bzw. dieses durchragen kann.
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7 und 8 zeigen
ein Ausführungsbeispiel,
das im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach 5 gleicht,
weshalb gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie dort versehen
sind. Im Unterschied dazu dient das Planetenrad 34 in 7 und 8 dem
Zweck, statt des Sonnenrads 14 ein Hohlrad 49 anzutreiben,
wobei die Anordnung weitgehend so wie bei einem Planetengetriebe
ohne Sonnenrad getroffen ist. Daher ist das Hohlrad 49 drehbar
um die Getriebeachse 15 in einem Getriebegehäuse gelagert
und mit einer axial nach außen
führenden
Welle 50 versehen, die z. B. als Abtriebswelle dient. Das
Führungsrad 21,
dessen Durchmesser hier zweckmäßig etwas
kleiner als der des Hohlrades 49 ist, ist mittels eines
Verbindungselements 51 starr mit der Lagerachse 34 verbunden
und könnte
daher mit diesem ein einstückig
hergestelltes Bauteil bilden. Dagegen ist das Planetenrad 35 z.
B. mittels eines Nadellagers drehbar auf der Lagerachse 34 gelagert
und mit der Pleuelstange 25 als Drehsicherungselement starr
verbunden.
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Für den Antrieb
der Getriebeanordnung nach 7 und 8 kann
insbesondere eine mit dem Führungsrad 21 fest
verbundene und axial nach außen
geführte
Welle 52 dienen.
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Analog
zu 4 wird beim Ausführungsbeispiel nach 7 und 8 eine
erste, kreisförmige Bahn 53 durch
die innere, zweckmäßig mit
einer Innenverzahnung versehene, zur Getriebeachse 15 koaxiale
Mantelfläche
des Hohlrads 49 gebildet. Mit dieser Bahn 53 steht
die Außenverzahnung
des Planetenrads 35 in Wirkverbindung. Parallel und mit
Abstand der Bahn 53 ist eine zweite, hier innen liegende Bahn 54 (8)
vorhanden, längs
der sich die gedachte Mittelachse 35a des Planetenrads 35 bzw.
der Lagerachse 34 bewegen kann.
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Analog
zu 3 und 6 wird das Kraftübertragungsmittel
in 7 und 8 im wesentlichen durch das
Führungsrad 21 und
das Verbindungselement 51 gebildet, das z. B. ein Bolzen
ist. Das Drehsicherungsmittel besteht dagegen wie in 3 bis 6 aus
der Pleuelstange 25. Dabei ist das Verbindungselement 51 wiederum
vorzugsweise sowohl verstellbar als auch feststellbar am Führungsrad 21 bzw.
der Lagerachse 34 angebracht, um unterschiedliche bzw.
vorgewählte
und während
des Betriebs fest vorgegebene Kraftübertragungsverhältnisse
zu ermöglichen.
Unabhängig
davon wird in weiterer Analogie zu 3 bis 5 das
Verbindungselement 51 vorzugsweise etwa in Höhe der Wirkverbindung
Hohlrad 49/Planetenrad 35 angeordnet. Zur zusätzlichen
Abstützung
der Lagerachse 34 kann außerdem das Halteelement 20 dienen,
in dessen Buchse 19 die Lagerachse 34 drehfest
angeordnet ist.
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Aufgrund
der beschriebenen Anordnung ergibt sich, dass die Lagerachse 34 und
das Planetenrad 35 beim Antrieb des Führungsrads 21 an seiner Welle 52 in
Umlaufbewegungen längs
der Bahnen 53, 54 versetzt werden, während gleichzeitig
das Planetenrad 3 durch die Pleuelstange 25 an
einer Rotation um seine Achse 35a gehindert wird und daher das
Hohlrad 49 in Umdrehungen versetzt.
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Das
Ausführungsbeispiel
nach 9 besitzt denselben Grundaufbau wie das Ausführungsbeispiel
nach 3 und 4, d. h. ein Planetenrad 17, das
starr mit einer Lagerachse 18 verbunden ist, die ihrerseits
drehbar in der Hülse 19 des
um die Getriebeachse 15 drehbaren Halteelements 20 gelagert
ist. Im Unterschied dazu treibt das Planetenrad 17 allerdings
entsprechend 7 und 8 das Hohlrad 49 an.
Ein weiterer Unterschied gegenüber 3 und 4 besteht
darin, dass das Führungsrad 21 und die
Lagerachse 18 bzw. das Halteelement 20 durch ein
Verbindungselement 56 miteinander verbunden sind, das nahe
der Wirkverbindung Hohlrad 49/Planetenrad 17 liegt.
Wie bei den übrigen
Ausführungsbeispielen
besitzt die Lagerachse 18 außerdem einen vergleichsweise
großen
Durchmesser, während das
Planetenrad 17 ein auf die Lagerachse 18 aufgesetzter
Ring ist. Dadurch ergibt sich in 9 der zusätzliche
Vorteil, dass die Lagerachse 18 auf der Seite des Führungsrads 21 mit
einem im Durchmesser reduzierten Ansatz 57 versehen werden
kann, der genügend
Raum für
das Verbindungselement 56 schafft, falls dieses analog
zu 7 und 8 möglichst nahe an der Wirkverbindung
Planetenrad 17/Hohlrad 49 liegen soll.
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Im übrigen entspricht
die Funktion der Getriebevorrichtung nach 9 derjenigen
der Getriebevorrichtung nach 7 und 8.
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10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
das weitgehend dem nach 6 entspricht, allerdings zum
Antrieb des Hohlrads 49 nach 7 und 8 dient.
Gleiche Teile sind daher mit denselben Bezugszeichen versehen. Insbesondere
ist aus 10 ersichtlich, dass das Planetenrad 41 hier
mittels des Lagers 42 drehbar auf der Lagerachse 43 gelagert
ist und das Drehsicherungsmittel außer der Pleuelstange 25 auch
die starr mit ihr und dem Planetenrad 41 verbundene Kombination
aus Buchse 44 und Ansatz 45 enthält. Dadurch
bleibt die vom Führungsrad 21 abgewandte
Stirnseite der Lagerachses 43 auch bei einer Kurbelbewegung
der Pleuelstange 25 axial frei zugänglich, so dass sie mit einem
vorzugsweise exzentrisch angeordneten Bolzen 59 versehen
werden kann. Dieser Bolzen 59 kann, wie in 6 für den Bolzen 43a gezeigt
ist, zum Antrieb der Lagerachse 43 mittels eines nicht
dargestellten Kurbeltriebs dienen. Daher sind auch im Fall der Anwendung
des Hohlrads 49 unterschiedliche Antriebsarten durch eine
Drehbewegung (7 bis 9) oder
eine Hin- und Herbewegung (10) für die Lagerachse 43 möglich. Alternativ
kann der Antrieb über
die Welle 52 des Führungsrads 21 erfolgen.
In diesem Fall könnte
der Bolzen 59 fehlen und stattdessen das zweite Führungsrad 46 (6)
vorgesehen werden.
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Wegen
der exzentrischen Anordnung des Bolzens 59 beim Ausführungsbeispiel
nach 10 ist wie im Fall der 6 eine direkte
exzentrische Kraftübertragung
auf die Lagerachse 43 möglich.
Deren vom Bolzen 59 abgewandte Stirnseite kann daher direkt
und mit ihrem vollen Querschnitt fest mit dem Führungsrad 21 verbunden
werden, ohne auf die exzentrische Kraftübertragung verzichten zu müssen. Das
Halteelement 20 (7 bis 9) kann
dabei entfallen.
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Im übrigen zeigt
auch 10, dass die Lagerachse 43 einen vergleichsweise
großen
Durchmesser besitzt und das Planetenrad 41 daher nur als
dünner
Ring ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der
Bolzen 59 mit einem vergleichsweise großen Abstand von der Mittelachse
des Planetenrads 41 bzw. der Lagerachse 43 angeordnet
werden kann und dennoch eine mechanisch stabile Konstruktion möglich ist.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil der beschriebenen Getriebevorrichtungen besteht darin, dass
mit Hilfe des Durchmessers des Planetenrads festgelegt werden kann,
wie oft sich das Sonnen- bzw. Hohlrad bei einem vollen Umlauf des
Planetenrads drehen soll. Ein Sonnenrad mit z. B. 20 Zähnen wird
z. B. bei einem vollen Umlauf eines mit 80 Zähnen versehenen Planetenrads
genau fünfmal
um die Getriebeachse gedreht. Außerdem kann das Planetenrad
anders als bei üblichen
Planetengetrieben einen vergleichsweise großen Durchmesser erhalten, da
keine Rücksicht auf
das Hohlrad (3 bis 6) bzw.
das Sonnenrad (7 bis 10) genommen
werden braucht. Daneben kann es aber auch Fälle geben, in denen es vorteilhaft
ist, das umlaufende, starr gelagerte Planetenrad gleichzeitig auf
ein drehbares Sonnenrad und ein drehbares Hohlrad einwirken zu lassen.
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11 zeigt
eine gegenüber 3 bis 10 abgewandte
Ausführungsform
des Drehsicherungsmittels, während
die übrigen
Bauteile der 3 entsprechen und daher mit
denselben Bezugszeichen wie dort versehen sind. Als Drehsicherungsmittel
dient hier eine Gelenkwelle 60, die mit ihrem einen Ende 60a in
einer Verlängerung
der Getriebeachse 15 an einem stationären Gehäuseteil 61 drehbar
gelagert ist. Das andere Ende 60b der Gelenkwelle 60 ist
starr auf der Mittelachse 18a der Lagerachse 18 fixiert.
Dabei ist die Lagerung des Endes 60a der Gelenkwelle 60 so
ausgebildet, dass beim Betrieb der Getriebevorrichtung zwar ihr
anderes Ende 60b der üblichen
kreisförmigen
Umlaufbewegung des Planetenrads 17 um die Getriebeachse 15 folgen,
die Gelenkwelle 60a dabei aber keine zusätzliche
Rotation um eine eigene Längsachse 60c ausführen kann.
Da sich die Gelenkwelle 60a somit nicht um die eigene Achse 60c dreht,
verhindert sie dadurch auch eine Drehung des Planetenrads 17 bzw. der
Baueinheit aus Planetenrad 17 und Lagerachse 18 um
deren Mittelachse 18a.
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Die
Getriebevorrichtung nach 12 gleicht im
wesentlichen der nach 5, weshalb gleiche Teile mit
denselben Bezugszeichen wie dort versehen sind. Ein Unterschied
besteht lediglich darin, dass das Drehsicherungsmittel entsprechend
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11 ausgebildet
ist. Im Gegensatz zu 11 ist das Ende 60b der
Gelenkwelle 60 allerdings starr mit der fest am Planetenrad 41 befestigten Kupplungsscheibe 39 verbunden,
weil das Planetenrad 41 hier drehbar auf der starr mit
dem Halteelement 36 verbundenen Lagerachse 34 gelagert
ist.
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Im übrigen kann
die Gelenkwelle 60 wie auch in 11 mit
einer Mehrzahl von weiteren, zwischen den beiden Enden angeordneten
Gelenken versehen sein, falls dies für die beschriebene Funktion
erwünscht
oder erforderlich ist, beispielsweise um das Ende 60b wie
gezeigt koaxial zur Mittelachse 18a bzw. 35a anstatt
schräg
dazu an der Lagerachse 18 bzw. an der Kupplungsscheibe 39 befestigen
zu können.
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Die
Drehsicherungsmittel nach 11 und 12 können beispielsweise
dann angewendet werden, wenn in radialer Richtung der Getriebevorrichtung
nicht ausreichend Platz für
die Pleuelstange 25 nach 3 bis 10 zur
Verfügung
steht.
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13 zeigt
eine der 11 entsprechende Ausbildung
der Getriebevorrichtung mit einer weiteren Ausführungsform des Drehsicherungsmittels. Gleiche
Teile sind daher mit denselben Bezugszeichen wie in 11 versehen.
Das Drehsicherungsmittel enthält
hier eine Strebe 62, die an einem Ende mittels eines Drehlagers
an der Lagerachse 18 und am anderen Ende mittels eines
Drehlagers an einem stationären
Gehäuseteil 63 befestigt
ist.
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Das
eine Drehlager enthält
z. B. einen parallel zur Getriebeachse 15 angeordneten
Bolzen 64, der an der vom Führungsrad 21 abgewandten
Stirnseite der Lagerachse 18 und exzentrisch zu deren Mittelachse 18a befestigt
ist, und eine koaxial auf diesem drehbare, an der Strebe 62 befestigte
Hülse 65. Entsprechend
enthält
das andere Drehlager einen am Gehäuseteil 63 befestigten,
parallel zur Getriebeachse 15 angeordneetn Bolzen 66 und
eine koaxial auf diesem drehbare, an der Strebe 62 befestigte Hülse 67.
Dadurch ist die Strebe 62 mit der Hülse 67 als Ganzes
drehbar auf dem Bolzen 66 gelagert, so dass die Hülse 65 auf
einer Kreisbahn um den Bolzen 66 umlaufen kann.
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Ein
entsprechendes Drehsicherungsmittel enthält die Getriebevorrichtung
nach 14 und 15, die
im übrigen
entsprechend 12 ausgebildet und mit denselben
Bezugszeichen wie in dieser versehen ist. Der einzige Unterschied
besteht hier darin, dass der Bolzen 64 exzentrisch an der
mit dem Planetenrad 35 verbundenen Kupplungsscheibe 39 anstatt
an der Lagerachse 34 befestigt ist.
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Die
Funktion des Drehsicherungsmittels nach 13 und 14 ergibt
sich insbesondere aus 15, in der schematisch das Sonnenrad 14 und
vier verschiedene Stellungen des Planetenrads 35 angedeutet
sind, die sich ergeben, wenn das Planetenrad 35 das Sonnenrad 14 umkreist
und permanent mit diesem in Wirkverbindung bleibt. Wie 15 zeigt,
hat die zwischen den beiden Bolzen 64, 66 gemessene
Länge L der Strebe 6 einen
Wert, der genau dem Radius eines Kreises 68 entspricht,
auf dem sich der Bolzen 64 bewegt, wenn das Planetenrad 35 bei
seiner Umlaufbewegung um das Sonnenrad 14 festgehalten,
d. h. an einer Rotation um seine Achse gehindert wird. Wird das
Planetenrad 35 daher beim Betrieb der Getriebevorrichtung
in Richtung der eingezeichneten Pfeile in eine Umlaufbewegung um
das Sonnenrad 14 gebracht, dann erzwingt die in ihrer Längsrichtung
starre Strebe 62 dabei einen stets konstanten Abstand des
Bolzens 64 vom Bolzen 66 mit der aus 15 ersichtlichen
Folge, dass das in Wirkverbindung mit dem Sonnenrad 14 befindliche Planetenrad 35 überall auf
seiner Umlaufbahn dieselbe relative Stellung einnimmt, d. h. keine
Eigenrotation durchführt.
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Eine
weitere alternative Ausführungsform des
Drehsicherungsmittels zeigt 16, bei
der gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie in 15 versehen
sind. Im Unterschied zu 13 bis 15 ist
die Hülse 65 hier
nicht an der Strebe 62, sondern an einem Ring 69 befestigt,
wobei zwischen der Hülse 65 und
dem Bolzen 64 zusätzlich
ein Drehlager 70 vorgesehen ist. Der Ring 69 ist
mit Hilfe von an seinem Innen- oder Außenumfang angeordneten Lagern 71 drehbar
und fliegend, d. h. unter Freilassung seines Innenraums gelagert.
Die gedachte Mittelachse des Rings 69 ist parallel zur
Getriebeachse 15 und dort angeordnet, wo sich in 15 der
Bolzen 66 befindet, und der Abstand dieser Mittelachse
von der Mittelachse der Hülse 65 entspricht
dem Abstand L in 15.
Wird der Ring 69 daher in Pfeilrichtung gedreht, dann bewegt sich
die Hülse 64 wie
in 15 auf einer Kreisbahn, die exzentrisch zur Getriebeachse 15 angeordnet
ist. Dadurch wird das Planetenrad 35 bei seinem Umlauf
um das Sonnenrad 14 an einer Rotation um die eigene Achse
gehindert, wie 16 deutlich zeigt.
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Im übrigen bringt
die aus 16 ersichtliche Ausführungsform
des Drehsicherungsmittels den Vorteil mit sich, dass die vom Führungsrad 21 abgewandte
Stirnseite der Lagerachse (z. B. 18 in 13 oder 34 in 14)
frei bleibt, so dass dort bei Bedarf analog zu 6 ein
zweites Führungsrad 46 angebracht
werden könnte.
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Die
Drehsicherungsmittel nach 13 bis 18 können beispielsweise
dann mit Vorteil eingesetzt werden, wenn weder in axialer noch in
radialer Richtung genügend
Raum für
die anderen beschriebenen Drehsicherungsmittel zur Verfügung steht.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die
auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Zunächst ist klar, dass die jeweils
anhand eines einzigen Planetenrads beschriebenen Getriebevorrichtungen
tatsächlich
zwei oder mehr Planetenräder
enthalten können,
die zweckmäßig alle
in derselben Weise geführt
und gehalten werden. Weiter ist es möglich, die Planeten-, Sonnen-
und Hohlräder
statt mit Verzahnungen mit anderen Außen- und bzw. Innenumfangsflächen zu
versehen und in gegenseitige Wirkverbindung zu bringen. Weiter ist
klar, dass das Führungsrad 21 sowohl
auf der Antriebsseite als auch auf der Antriebsseite der Getriebevorrichtungen
liegen und daher das weitere Rad 23 und alle anderen, oben
als Antriebsteile beschriebenen Elemente sowohl als Antriebs- als
auch Abtriebsteile verwendet werden können. Außerdem könnten die weiteren Räder 23 durch
An- bzw. Abtriebsteile in Form von Riemen oder Ketten od. dgl. ersetzt
werden, die zumindest teilweise um die Außenumfänge der Führungsräder 21 gelegt sind.
Weiter ist es möglich,
den An- bzw. Abtrieb wahlweise mittels des weiteren Rades 23,
der Sonnenrad-Welle (z. B. 52 in 7) oder
der Hohlrad-Welle (z. B. 50 in 7) oder
eines der Bolzen 43a (6) bzw. 59 (10)
zu realisieren. Dabei können
sowohl die exzentrischen Lagen der Bolzen 43a, 59 als
auch die Durchmesser der Führungsräder 21 und
der weiteren Räder 23 den
im Einzelfall gewünschten
Getriebeeigenschaften angepasst werden. Denkbar wäre es in
diesem Zusammenhang auch, bei der Getriebevorrichtung nach 10 den An-
bzw. Abtrieb der Lagerachse 43 unter Verzicht auf die exzentrische
Kraftübertragung über die
Welle 52 des Führungsrads 21 anstatt über den
exzentrischen Bolzen 59 zu bewirken. Außerdem ist es möglich, das
Verbindungselement 22 usw. als Kupplungs- oder Koppelelement,
insbesondere z.B. nach Art einer Rutsch- bzw. Überlastkupplung auszubilden
und anzuordnen. Weiterhin stellen die anhand der Zeichnung beschriebenen
Getriebevorrichtungen nur Beispiele dar, von denen sowohl konstruktiv
als auch im Hinblick auf die Dimensionierung in jeder zweckmäßigen Weise
abgewichen werden kann. Schließlich versteht
sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als beschriebenen
und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.