DE2151340A1 - Exzentergetriebe - Google Patents

Description

• Exzentergetriebe Patentbeschreibung Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für grosse Untersetzungsverhältnisse; sie hat sich zur Aufgabe gemacht, Energie von einer schnell rotierenden Antriebsachse auf eine langsam rotierende, koaxiale Abtriebsachse zu übertragen. Es sollen hohe Untersetzungsverhältnisse erzielt werden. Ferner soll ein Getriebe geschaffen werden, das sehr leicht von Gewicht, klein an Volumen und dabei kompakt ist. Der Wirkungsgrad soll vergleichsweise gross und das Spiel zwischen An- und Abtriebsachse klein sein. Besonderer Wert wurde darauf gelegt, ein Getriebe zu schaffen, bei dem die mit der schnsllaufenden Achse auf gleicher Drehzahl laufenden, zum Getriebe gehörigen Bauteile ein geringes Trägheitsmoment der Rotation haben. Das ist stets wichtig für alle die in der modernen Technologie vorkommenden Anwendungen, bei denen ein rotierender Mechanismus in kurzer Zeit und mit einer geringen Leistung sowohl in Gang gesetzt wie zum Halten gebracht werden 8011.
• Siehe Fig. 1 und 2 Gegenstand der Erfindung ist ein Getriebe für insbesondere grosse Untersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebsachse (1) und einer koaxialen Abtriebsachse 8 Erfindungsgemäss sind ein feststehendes koaxiales Hohlrad (3) und ein mit diesem durch form- und/oder kraft- und/oder reibschlüssige Elemente verbundenes Innenrad (4) vorgesehen. Die Innenrad achse, die zur Hohlradachse eine geringe Exzentrizität hat, wird durch eine an der Antriebsachse befestigten Kurbel(5) oder dgl. gleicher Exzentrizität in eine kreisende Bewegung versetzt, wobei das um den Kurbelzapfen oder dgl. drehbar gelagerte Innenrad sich im Hohlrade abwälzt und dabei eine im Verhältnis zur Drehung der Antriebsachse sehr langsame Drehung um die seine eigene Achse ausführt. Ferner sind Mittel vorgesehen, die die Drehung des Innenrades um seine eigene Achse auf die zur Antriebsachse keachsiale, zur Innenradachse um die Exzentrizität versetzte Abtriebs achse mit gleicher oder geringerer oder hdharer Drehzahl itbertragen, Wir bezeichnen den Radius des Hohlrades mit r1, den des Innenrades mit rs, die Exzentrizität mit e, das Untersetzungsverhältnis mit U und erhalten: e - r1 - r2; ist; Da r1> r2 wird U negativ, was bedeutet, dass der Drehsinn das Vorzeichen wechselt. Das erfindungsgemässe Getriebe hat nur zwei, und zwar ineinanderliegende Räder, wodurch die Raumausnützung denkbar gut ist. Für eine vorzugsweise gewählte sehr kleine Exzentrizität e ist r1 nur wenig grösser als r2; folglich liegen die beiden Räder über einem vergleichsweise grossen Teil ihrer Umhänge mit-einander in form-, kraft-, oder reibschlüssiger Verbindung. Dadurch wird eine Übertragung grosser Drehmomente ermöglicht.
• Der mit der schnellaufenden Achse auf gleicher Drehzahl laufende Teil des Getriebes ist lediglich die Kurbel oder dgl. Diese hat keine grosse Masse und dazu den sehr kleinen radius e. Das Trägheitsmoment der Rotation ist somit extrem klein, sodass kein grosses Drehmoment zur Beschleunigung oder zur Abbremsung des Getriebes erforderlich ist. Diese Vorteile sind bei keinen der bekannten Getriebe in so hohem Masse vorhanden, sodass das erfindungegemässe Getriebe einen grossen technischen Fortschritt bedeutet.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Getriebe, bei dem zur Verbindung des Innenrades mit dem Hohlrade formschlüssige Elemente beispielsweise mechanische Zahnräder oder dgl. vorgesehen sind. Da die Radien der beiden Teilkreise der Zahnräder oder dgl. nur wenig unterschiedlich sind, kommt ein großer Teil der Zähne gleichzsitig zum Eingriff, sodass grosse Drehmomente übertragen werden können, was einen grossen technischen Forbschritt bedeutet.
• Ferner gehört zur Erfindung, dass zur Verbindung des Innenrades mit dem Hohlrades kraftschlüssige Elemente beispielsweise abwechseln positiv und negativ polarisierte Permanentmagnete oder dgl., im folgenden "magnetische Zähne" genannt, vorgesehen sind. Magnetische Zähne haben keine Reibung und brauchen nicht geschmiert zu werden; sie stellen darum einen grossen technischen Fortschritt dar.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Getriebe bei dem zur Verbindung des Innenrades mit dem Hohlrade reibschlüssige Elemente verwendet werden1 beispielsweise die inneren bzw. äusseren sich berührenden, zylindrischen Oberflächen des Hohlrades bzw. des Innenrades, indem diese Oberflächan aus einem Material mit grossem Reibungskoeffizisnten gefertigt oder mit einem derartigen Material belegt sind. Die aufeinander abrollenden zylindrischen Oberflächen haben wegen der nur geringfügig unter schiedlichen Radien eine grosse gemeinsame Bsrührungsfläche. Das erfindungegemässe Getriebe kann deshalb grosse Drehmomente übertragen und braucht wegen der rollenden Reibung nicht geschmiert zu werden, Er stellt einen grossen technischen Fortschritt dar.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein elastisches Verbindungsteil, das zur Übertragung der Drehung des Innenrades auf die gegen die Innenradachse um die Exzentrizität versetzte Abtriebsachse bestimmt ist.
• Es ist ein erfindungsgemässes Verbindungsteil iit anisotroper Elastizität vorgesehen, das bezüglich der infolge der Versetzung der Achsen sich bei der Drehung ständig wechselnder Verformung ein elastisches Verhalten mit sehr geringer innerer Reibung besitzt, das jedoch bezUglich der bei der Übertragung eines Drehmomentes von einer Achse auf die andere auftretenden Torsionsbeanspruchung sich wie ein nahezu starrer Körper verhält. Das erfindungsgemässe slastische Verbindungsteil hat gegenüber klassischen Ubertragungsmechanismen für Drehungen von einer Achse auf eine parallele Achse wie beispielsweise Zahnradpaare und Riemantriebe den Vorteil der Spielfreiheit, des hohen Wirkungsgrades und der Anwendbarkeit auf sehr nahe beieinander liegende Achsen. Die Erfindung bedeutet einen wesentlichen technischen Fortschritt.
• Ferner gehört eine spezielle Ausführungsform eines elastischen Verbindungsteiles zur Erfindung: Gegenstand der Erfindung ist ein starres, symmetrisches Kreuz (7), bestehend aus zei zueinander senkrecht stehenden Balken dessen einer Balken (8) an seinen Enden mit einem gleich grossen, parallel und in geringem Abstande seilenden, an der Innenradachse befestigten Balken mittels zweier Blattfedern (10) fest verbunden ist, und dessen anderer Balken (11) mit einem in gleicher Weise angeordneten und an der Abtriebsachse befestigten Balken (12) feat verbunden ist (Fig. 1.2.3). . Die i)e viar besagten Blattfedern ) sind in den Balken fest eingespannt und ihre geometrisEhe Lage ist so angeordnet, dass ihre Blattflächen zu den Achsen hinzeigen.tDadurch wird erreicht, dass die bei der Drehung ständig auf tretenden Zwangsbewegungen der parallelen Balken gegeneinander infolge der leichten, elastischen Verbiegbarkeit der Blattfedern in radialer Richtung ohne Coulomb-Reibung und bei sehr geringer innerer Reibung ablaufen können. Die maximale Strecke, die die parallelen Balken bei den Zwangsbewegungen gegeneinander bewegt werden, ist gleich dem doppelten Abstand der Exzentrizität 2e. Ein auf eine der Achsen gegebenes Drehmoment wird infolge der in peripherer Richtung nahezu starren Blattfedern so auf die andere Achse übertragen, als wären beide Achsen starr miteinander verbunden. Es gehört zu der Erfindung, dass die Blattfedern je aus einem einzigen Blatt oder aus mehreren, sehr dünnen, zusammengelegten Blättern bestehen können. Ferner gehört zu der Erfindung, dass die Balken, aus denen das Kreuz besteht, auch unter einem anderen Winkel als einem rechten Winkel zueinander stehen. Die erfindungsgemäsae spezielle Ausführungsform eines elastischen Verbindungsteiles zwischen den versetzten Achsen des Getriebes ist spielfrei und überträgt Rotationsenergie von einer Achse auf die andere unter extrem geringen Energieverlusten. Sie bedeutet einen grossen technischen Fortschritt.
• Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Kupplung zur Ubertragung der Drehung des Innenrades auf die gegen die Innenradachse versetzte Abtriebsachse, die aus einem symmetrischen, zu den Achsen senkrechten, durch zwei vorzugsweise zueinander senkrecht stehende Balken gebildeten Kreuz besteht, dessen einer Balken mit einem gleich grossen, parallelen, an der Innenradachse befestigten Balken mittels eines FUhrung derart verbunden ist, dass er gegen den letzteren in seiner Längsrichtung leicht bewegbar aber nicht drehbar gegen diesen ist, und dessen anderer Balken mit einem an der Abtrisbsachse befestigten Balken in der gleichen Weise mittels einer Führung verbunden ist. Damit ist erreicht, dass die bei der Drehung ständig auftretenden radialen Zwangebewegungen der parallelen Balken gegeneinander ablaufen können, während ein gleichzeitig auf eine Achse gegebenes Drehmoment auf die andere Achse übertragen wird, als wären die Achsen starr miteinander verbunden. Da die Bewegungen der in den Führungen laufenden Teile nicht begrenzt zu sein braucht, kann bei Verwendung der erfindungsgemässen Kupplung der Abstand der beiden miteinander gekuppelten Achsen und somit die Exzentrizität beliebig grose sein. Die Erfindung bedeutet einen beachtlichen technischen Fortschritt.
• Ferner gehört zur Erfindung eine Kupplung, deren vorzugsweise senkrecht zueinander stehende zwei Führungen durch je eine oder mehrere parallele, mechanische Schienungen mit geringer Goulomb-Reibun g verwirklicht sind.
• Möglich sind beispielsweise die bekannte Nut-Feder-Schienung oder die Schiene-Rollen-Schienung oder die Doppelnut(13)-Kugeln(14)-Schienung (Fig.4, 4a), bsi der bekanntlich die beiden parallel zu führenden Balken zwei zueinander zugekehrte Nuten enthalten, in denen eine Reihe von Stahlkugeln laufen, die dafür sorgen, dass die beiden Balken auf einer Geraden gegeneinander verschoben, aber nicht gegeneinander verdreht werden können. Die Erfindung zur Übertragung der Drehung des Innenrades auf die Abtriebsachse stellt durch ihre mechanische Präzision und durch ihre Einfachheit einen grossen technischen Fortschritt dar.
• Weiter gehört zur Erfindung eine Kupplung, bei der die beiden vorzugsweise zueinander senkrecht stehenden Führungen mit Hilfe von Magneten, beispielsweise Permanentmagneten, in der Weise verwirklicht sind, dass die magnetischen, anziehenden und abstossenden Kräfte der im führenden Teil und im geführten Teil der Anordnung angebrachten Permanentmagnete gemeinsam eine magnetische gradlinige Schienung bilden, in der nirgends eine materielle Berührung stattfindet. Die erfindungsgemässe magnetische Schienung vermeidet beim Betrieb jegliche innere Reibung sowie Coulomb-Reibung und somit einen durch Reibung herabgesetzten Wirkungsgrad und stellt einen grossen technischen Fortschritt dar.
• Bchlissslich gehört zur Erfindung ein Getriebe, bei dem als Mittel(Fig.5) zur Übertragung der Drehung des Innenrades (4) auf die gegen die Innenrad achse um die Exzentrizität versetzte Abtriebsachse (2) ein auf der Innenrad achse befestigtes zweites Innenrad, im folgenden Abtriebsinnenrad (15) genannt, und ein auf der Abtriebsachse befestigtes Hohlrad, im folgenden Abtriebshohlrad (16) genannt, vorgesehen sind. Die beiden genannten Räder stshen in form - und/oder kraft- und reibschlüssiger Verbindung miteinander der; sie haben unterschiedliche Durchmesser. Der Unterschied der Durchmesser ist massgebend dafür, ob man die Drehzahl der Abtriebsachse, verglichen mit der der Innenradachse, herabgesetzt, gleichbleibend oder heraufgesetzt wünscht. Es seien wie vorher r1 der Radius des Hohlrades, r2 der Radius des Innenrades, e die Exzentrizität.
• Es seien ferner r3 der Radius des Abtriebsinnenrades, d - r2 - r3 der Unterschied der beiden Innenradiadion r4. der Radius des Abtriebsholradea I r1 - d.
• Als Untersetzung des Getriebes ergibt sich Die Untersetzung des aus dem feststehenden Hohlrad Radius r1, und dem Innenrad, Radius r2> bestehenden Getriebes ist bei Übertragung einer unveränderten Drehzahl der Innenradachse auf die Abtriebsachae, wie oben 5 bereits angegeben: U = r1/r2 - 1 = e/r2.
• Der Faktor d/r4 gibt die Möglichkeit, bei kleinem d die Drehzahl weiter stark herabzusetzen, die Gesamtuntersetzung also noch wesentlich zu verstärken. Ist d positiv, d.h. r2 > r3> dann dreht die Abtriebsachse im gleichen Sinne wie die Antriebsachse. Ist d negativ, also r3> r2> dreht sie im Gegensinne. Will man ksine Änderung der Drehzahl der Innenradachse bei der Ubertratung auf die Abtriebsachse, so setzt man d - r4 und erhält r4 = 1/2 r1, und r3 = 1/2 (r2 - e). Für r3 <1/2(r2 - e) wird die Drehzahl bei der Ubertragung der Drehung der Innenradachse auf die Abtriebsachse heraufgesetzt. Will man die durch das erste Räderpaar (feststehendes Hohlrad, Innenrad) herabgesetzte Drehzahl nochmals um den gleichen Faktor herabsetzen, dann hat man d - e, r3 = r2 - e2, r4 = r2 zu setzen. Das Untersetzungsverhältnis ist U - (e/r2) ; Antriebs- und Abtriebswelle drehen sich gleichsinnig. Will man b i gleichem Untersetzungsverhältnis gegensinnigen Drehsinn erzeugen, dann hat man zu setzen und erhält Es gibt noch mannigfache Ausführungsformen der erfindungsgemassen Getriebe. Es können z.B. (z.B. Fig. 6) das feststehende Rad (Radius r2) und das Abtriebsrad (Radius r4) als Innenräder und die beiden auf dem Kurbelzapfen laufenden Räder (Radien r2 und rå) als Hohlräder ausge.
• führt sein. Auch dieses Ausführungsform des Getriebes gehört zur Erfindung.
• Ebenso können bei den einstufigen Getrieben das feststehende Rad als Innenrad und dae auf dem Kurbelzapfen laufende Rad als Hohlrad ausgeführt werden; auch Getriebe solcher Art gehören zur Erfindung.
• Eine weitere Ausführunysform besteht darin, dass die kraft-, reib-, bzw. formschlüssigen Flächen der Räder, nicht wie bisher beschrieben, die Form eines Zylindermanteis haben, sondern die Form eines Kegelmantels, Auch diese AusfUhrungsform gehört zur Erfindung.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Getriebe insbesondere fUr grosse Untersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebsachse (1) und einer koaxialen Abtriebsachse (2), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein feststehendes koaxiales Hohlrad (3) und ein mit diesem durch form- und/oder kraft-und/oder reibschlüssige Elemente verbundenes Innenrad (4) vorgesehen sind, wobei die Innenradachse, die zur Hohlradachse eine geringe Exzentrizität hat, durch eine an der Antriebsachse befestigte Kurbel (5) oder dgl. gleicher Exzentrizität in eine kreisende Bewegung versetzt wird, wodurch das um den Kurbelzapfen (6) oder dgl. drehbar gelagerte Innenrad sich im Hohlrade abwälzt und dabei eine im Verhältnis zur Drehung der Antriebsachse sehr langsame Drehung um seine eigene Achse ausführt und dass Mittel vorgesehen sind, die die Drehung des Innenrades um seine eigene Achse auf die zur Antriebsachse koaxiale, zur Innenachse um die Exzentrizität versetzte Abtriebsachse mit gleicher oder geringerer oder höherer Drehzahl übertragen.

2. Getriebe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t @ dass zur Verbindung des Innenrades mit dem Hohlrade formschlGssige Elemente, beispielsweise mechanische Zahnräder oder dgl., vorgesehen sind.

3. Getriebe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t # dass zur Verbindung des Innenrades mit dem Hohirade kraftschlGssige Elemente, beispielsweise abwechselnd positiv und negativ polarisierte Permanentmagnete oder dgl., auch "magnetische Zähne* genannt, vorgesehen sind.

4. Getriebe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Verbindung des Innenrades mit dem Hohlrade reibschl w sige Elemente verwendet werden, beispielsweise die inneren bzw. äusseren, sich berührenden, zylindrischen Oberflächen des Hohlrades bzw. des Innenrades, indem diese Oberflächen aus einem Material mit grossem Reibungskoeffizieten gefertigt oder mit einem derartigen Material belegt sind.

5. Getriebe nach einem oder mehreren der AnsprUchs 1 bis 4, d B d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass als Mittel zur Übertragung der Drehung des Innenrades auf die gegen die Innenradachse versetzte Abtriebsachse ein elastisches Verbindungsteil vorgesehen ist, das bezüglich der infolge der Versetzung der Achsen sich bei der Drehung ständig ändernden Verformung ein elastisches Verhalten mit sehr geringer innerer Reibung besitzt, das jedoch bezüglich der bei der Ubertragung eines Drehmomentes von einer Achse auf die andere auftretenden Torsionabeanspruchung sich wie ein nahezu starrer Körper verhält, wobei die Drehzahl des Innenrades sich bei der Übertragung auf die Abtriebsachse nicht ändert.

6. Getriebe nach einem oder mehreren der AnsprUche 1 bis 5, d a d u r o h ge k e n n z e i c h n e t , dass als elastisches Verbindungsteil ein starres, symmetrisches, zu den Achsen senkrecht stehendes Kreuz (7), bestehend aus zwei vorzugsweise zueinander senkrecht stehenden Balken vorgesehen ist, dessen einer Balken (a) an seinen Enden mit einem gleich grossen, parallel und in geringem Abstande seienden, an der Innenradachse befestigten Balken (9) mittels zweier Blattfedern (10) fest verbunden ist, und dessen anderer Balken (11) mit einem in gleicher Weise angeordneten und an der Abtriebsachse befestigten Balken (12) fest verbunden ist, wobei die besagten vier Blattfedern (10) geometrisch so angeordnet sind, dass die Blattflächen zu den Achsen hinzeigen, wodurch erreicht wird, dass die bei der Drehung ständig auftretenden radialen Zwangs bewegungen der parallelen Balken gegeneinander infolge der leichten, elastischen Verbiegbarkeit der Blattfedern in radialer Richtung ohne Coulomb-Reibung und bei sehr geringer innerer Reibung ablaufen kAnnen, während ein gleichzeitig sur eine Achse gegebener Drehmoment infolge der in peripherer Richtung starren Blattfedern so auf die andere Achse übertragen wird, als wären sie starr miteinander verbunden.

7* Getriebe nach einem oder mehreren der Anspruche 1 bis 4, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur Ubertragung der Drehung des Innenrades auf die gegen die Innenradachse versetzte Abtriebsachse eine Kupplung vorgesehen ist, die aus einem symmetrischen, zu den Achsen senkrechten, durch zwei vorzugsweise zueinander senkrecht stehende Balken gebildeten Kreuz besteht, dessen einer Balken mit einem gleich grossen, parallelen, an der Innenradachse befestigten Balken mittels einer Führung derart verbunden ist, dass er gegen den letzteren in seiner Längsrichtung leicht bewegbar ist aber nicht drehbar gegen diesen ist, und dessen anderer Balken mit einem an der Abtriebsachse befestigten Balken in der gleichen W eise mittels einer FUhrung verbunden ist, wodurch erreicht wird, dass die bei der Drehung ständig auftretenden radialen Zwangabewegungen der parallelen Balken gegeneinander ablaufen können, während ein gleichzeitig auf eine Achse gegebenes Drehmoment auf die andere Achse so übertragen wird, als wären sie starr miteinander verbunden, wobei die Drehzahl des Innenrades sich bei der Ubertregung auf die Abtriebsachse nicht ändert.

8. Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden vorzugsweise senkrecht zueinander stehenden zwei Führungen durch Je eine mechanische Schienung mit geringer Coulomb-Reibung, bestehend beispielsweise aus Nut-Feder oder Schiene-Rolle oder Doppelnut (13)-Kugeln (14), verwirklicht sind.

der 9. Getriebe nach einem oder mehreren/ Änsprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e -n n z e i c h n e t , dass die beiden vorzugsweise zueinander senkrecht stehenden Führungen mit Hilfe von Magneten in der Weise verwirklicht sind, dass nirgends materielle BerGhrungen stattfinden, und somit beim Betrieb weder innere Reibung noch Coulomb-Reibung vorhanden sind.

10. Getriebe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h'n 6 t , dass als Mittel zur Uber tragung der Drehung des Innenrades (4) auf die gegen die Innenrad achse versetzte Abtriebsachse (2) ein auf der Innenradachse befestigtes zweites Innenrad, im folgenden Abtriebsinnenrad (15) genannt, und ein auf der Abtriebsachse befestigtes Hohlrad, im folgenden Abtriebshohlrad (16) genannt, vorgesehen sind, wobei die beiden genannten Räder in form- und/oder kraft- und/oder reibschlUssiger Verbindung miteinander stehen und das Abtriebsinnenrad (15) und das Innenrad (4) unterschiedliche Durchmesser haben, wodurch eine zusätzliche Untersetzung erzielt werden kann.