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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Technik zum Kombinieren eines Motors mit einem Untersetzungsgetriebe, insbesondere einen Getriebemotor.
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Stand der Technik
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Ein mit einer Abtriebswelle versehener Getriebemotor ist ein einteiliger elektrischer Antrieb, der aus einem Elektromotor und einem Untersetzungsgetriebe besteht. Für Werkzeuge oder Maschinen, bei denen die Triebkraft bei reduzierter Drehzahl ausgegeben werden soll, sorgt der Getriebemotor für eine Ausgabe der Triebkraft bei niedriger Drehzahl mit hohem Drehmoment, sodass eine Krafteinsparung oder eine erhöhte Effizienz der Antriebskraft erzielt wird.
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Bei Fahrrädern, die mit einem Getriebemotor als Assistenzkraft bereitstellendem Elektromotor ausgestattet sind, gibt der Getriebemotor beispielsweise Triebkraft bei niedriger Drehzahl mit hohem Drehmoment ab, sodass der Fahrer beim Bergauffahren erheblich entlastet werden kann.
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Aus den Druckschriften der
US-amerikanischen Patente US6196347 ,
US6296072 und
US6629574 sind Anwendungen der herkömmlichen Getriebemotoren bekannt, wobei der Getriebemotor bei allen diesen Patenten an einem Fahrrad angebracht wird und als Elektromotor, der Assistenzkraft zur Verfügung stellt, eingesetzt wird.
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Was die Bauform, wie ein Untersetzungsgetriebe in einen herkömmlichen Getriebemotor integriert ist, angeht, ist häufig an der Motorspindel ein kleines Zahnrad angeordnet, das in ein großes Zahnrad oder eine Zahnradkette eingreift und so das große Zahnrad oder die Zahnradkette antreibt, um das Drehmoment bei reduzierter Drehzahl abzugeben. Alternativ ist an der Motorspindel eine Schneckenwelle angeordnet, die in ein Schneckenrad eingreift und so das Schneckenrad antreibt, um die Triebkraft bei reduzierter Drehzahl abzugeben. Die
US-amerikanischen Patente US6196347 ,
US6296072 ,
US6629574 und
US6031308 offenbaren Getriebemotoren, bei denen an einer Seite der Motorspindel ein Planetengetriebezug koaxial angeordnet ist, sodass das Drehmoment bei reduzierter Drehzahl ausgegeben werden kann. Dabei offenbart das Patent
US6196347 einen Getriebemotor, bei dem das Drehmoment in einer Stufe bei reduzierter Drehzahl ausgegeben wird. Die Patente
US6296072 und
US6629574 offenbaren jeweils einen Getriebemotor, bei dem das Drehmoment in zwei Stufen bei reduzierter Drehzahl ausgegeben wird. Jedoch weisen die herkömmlichen Getriebemotoren ein relativ großes Volumen auf, wobei vor allem die große axiale Länge der Motorspindel einen großen Raumbedarf beansprucht, sodass solche Motorgetriebe sich schwer an einem Fahrrad anbringen lassen.
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Um das gesamte Volumen des Getriebemotors zu verkleinern, ist ein Planetengetriebezug-Scheibenläufermotor (Planetary Gear Train Pancake Motor, siehe http://www.haydonkerk.com/LinearActuatorProducts/StepperMotorLin earActuators/RotaryStepperMotors/PancakeRotaryMotors/PlanetaryPancakeMot ors/tabid/107/Default.aspx#ballbearing) vorgeschlagen worden, wobei ein Sonnenrad mit einem Läufer eines hohlen Motors zusammengebaut ist und weitere Bauteile des Planetengetriebezugs in das zentrale Teil des hohlen Motors integriert sind, sodass der genannte Planetengetriebezug-Scheibenläufermotor die Triebkraft nur in einem Untersetzungsverhältnis einer Stufe ausgegeben werden kann. Dabei ist das innenverzahnte Hohlrad (i.e. das Hohlrad, das sich an der Peripherie der Planetenräder befinden und in diese Planetenräder eingreifen) an der Innenseite des Motorläufers angeordnet und am Gehäuse des Motors befestigt. Bei dieser Bauform ist lediglich der herkömmliche Planetengetriebezug einfach im Inneren des hohlen Motors angebracht. Dabei ist die axiale Länge der Motorwelle zwar verkleinert, doch ist für das gesamte Volumen des Getriebemotor die axiale Länge der Motorwelle lediglich in die radiale Breite des Umfangs der Motorwelle umgewandelt, sodass der absolute Wert des benötigten Gesamtraums für die Anordnung der Bauteile des Getriebemotors sowie der absolute Wert des Volumens des Getriebemotors nicht verkleinert sind. Die Anzahl der Bauteile und die Kosten sind sogar vergrößert bzw. erhöht. Zudem kann der Getriebemotor die Triebkraft nur in einer Stufe bei reduzierter Drehzahl abgeben.
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Des Weiteren offenbaren die Patente
US6296072 und
US6629574 jeweils einen Getriebemotor, bei dem zwei Planetenräder jeweils mit zwei Sonnenrädern in Eingriff stehen und so die Triebkraft übertragen, um die Triebkraft in Untersetzungsverhältnissen zweier Stufen zu übertragen und auszugeben, wobei jedoch nicht technisch gelehrt wurde, wie das Gesamtvolumen des Getriebemotors verkleinert werden soll.
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Es ist weiter darauf hinzuweisen, dass, im Falle, dass ein Durchschnittsfachmann nach der technischen Lehre des vorgenannten Planetengetriebezug-Scheibenläufermotors den im hohlen Motor angeordneten Planetengetriebezug mit Drehzahlminderung in einer Stufe durch einen in den Patenten
US6296072 und
US6629574 offenbarten Planetengetriebezug mit der Möglichkeit zur Ausgabe der Triebkraft in Untersetzungsverhältnissen zweier Stufen ersetzt, die technischen Probleme, nämlich wie der Motorläufer den Planetengetriebezug oder dessen innenverzahntes Hohlrad zum Drehen bringt und wie der Raum zur Anordnung des Planetengetriebezugs mit der Möglichkeit zur Ausgabe der Triebkraft in Untersetzungsverhältnissen zweier Stufen effektiv verkleinert werden kann, immer noch bestehen, sodass eine Kombination der herkömmlichen Technik offensichtlich noch technische Schwierigkeiten hat und nicht einfach durch Maßnahme wie Ersetzen oder Anwenden eines bestimmten Bauteils für andere Zwecke ermöglicht wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Getriebemotor zu schaffen, mit dem die Schwierigkeit beim effektiven Verkleinern des benötigten Gesamtraums für die Anordnung der Bauteile des Getriebemotors sowie das Volumen des Getriebemotors bei den herkömmlichen Getriebemotoren, bei denen die Triebkraft bei reduzierter Drehzahl in einer oder zwei Stufen abgegeben wird, behoben wird.
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Technische Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Getriebemotor mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Zur Lösung der Aufgabe werden folgende technische Maßnahmen ergriffen. Gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der erfindungsgemäße Getriebemotor ein Gehäuse, einen hohlen Motor, der im Gehäuse angebracht ist, wobei der Motor einen innenliegenden ringförmigen Läufer aufweist, der eine ringförmige Öffnung bereitstellt, in deren Zentrum eine am Gehäuse drehbar gelagerte Abtriebswelle aufgenommen ist, wobei um den Läufer herum mehrere Antriebselemente angeordnet sind, durch deren Antrieb der Läufer zum Rotieren gebracht wird, und einen Planetengetriebezug, der in der ringförmigen Öffnung des Läufers angebracht und um die Abtriebswelle herum angeordnet ist, wobei der Planetengetriebezug einen Sonnenradsatz, mehrere Planetengetriebe und eine ringförmige innere verzahnte Fläche umfasst, wobei der Sonnenradsatz aus einem ersten Sonnenrad und einem zweiten Sonnenrad besteht, die koaxial hintereinander angeordnet sind, wobei das erste Sonnenrad im Gehäuse befestigt und das zweite Sonnenrad an der Abtriebswelle befestigt ist, wobei die Planetengetriebe in einem gleichen Abstand zueinander um den Sonnenradsatz herum angebracht sind und jeweils ein erstes Planetenrad und ein zweites Planetenrad aufweisen, die koaxial miteinander drehbar verbunden und hintereinander angeordnet sind, wobei das erste Planetenrad in das erste Sonnenrad und das zweite Planetenrad in das zweite Sonnenrad eingreift, wobei die innere verzahnte Fläche an der Innenwand des Läufers ausgeformt ist. Dabei bringt der Läufer durch den Eingriff der inneren verzahnten Fläche in die Planetenräder und durch die darauffolgende Kraftübertragung auf die ersten Planetenräder die ersten und zweiten Planetenräder zum synchronen Rotieren und zum Umlaufen des Sonnenradsatzes, wodurch die Triebkraft in der ersten Stufe bei reduzierter Drehzahl ausgegeben wird. Dadurch, dass die zweiten Planetenräder in das an der Abtriebswelle befestigte zweite Sonnenrad eingreifen und so die Kraft auf das zweite Sonnenrad übertragen, wird die Abtriebswelle dazu gebracht, die Triebkraft in der zweiten Stufe bei reduzierter Drehzahl auszugeben.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrades und die Anzahl der Zähne des zweiten Sonnenrades nicht gleich.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Anzahl der Module des ersten Planetenrades und die Anzahl der Zähne des zweiten Planetenrades nicht gleich.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfassen die Antriebselemente einen an der Außenwand des Läufers befestigten Magneten und einen um den Magneten herum angeordneten und im Gehäuse befestigten Stator.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist beiderseits der Planetengetriebe jeweils eine Planetenradscheibe angeordnet, wobei die ersten und zweiten Planetenräder der Planetengetriebe durch die beiden Planetenradscheiben so beschränkt werden, dass sie synchron den Sonnenradsatz umlaufen.
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Das erste und zweite Planetenrad des jeweiligen Planetengetriebes sind an einer Planetenradachse koaxial drehbar gelagert, wobei die jeweiligen beiden Enden der Planetenradachsen an den Scheibenflächen der beiden Planetenradscheiben in einem gleichen Abstand befestigt sind.
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Das erste Ausführungsbeispiel erweist sich durch folgende technische Merkmale als erfinderisch und vorteilhaft. Der Motorläufer ist so umgestaltet, dass er mit einer ringförmigen inneren verzahnten Fläche versehen ist und somit das innenverzahnte Hohlrad, ein beim herkömmlichen Planetengetriebezug unentbehrliches Bauteil, ersetzt, um die Anzahl der Bauteile zu reduzieren, wobei der benötigte Gesamtraum für die Anordnung der Bauteile des Getriebemotors sowie das Volumen des Getriebemotors auch effektiv verkleinert werden können. Des Weiteren sind die Zahnräder, die für das Abgeben von Triebkraft in zwei Stufen bei reduzierter Drehzahl relevant sind, beim Sonnenradsatz und den Planetengetrieben derart in Bezug aufeinander vorteilhaft angeordnet, dass das Untersetzungsverhältnis in einem effektiven Raum erheblich vergrößert werden kann und dass die Einrichtung weiter vereinfacht werden kann, wodurch der benötigte Gesamtraum für die Anordnung der Bauteile des Getriebemotors sowie das Volumen des Getriebemotors effektiv verkleinert werden können, sodass der Getriebemotor möglichst klein und kompakt gebildet wird, damit der Getriebemotor in einem kleinen Werkzeug oder einer kleinen Maschine, bei dem oder der die Antriebskraft bei reduzierter Drehzahl ausgegeben werden soll, untergebracht werden kann.
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Die Erfindung stellt ferner ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel bereit, das sich durch folgende technische Maßnahmen vom ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel unterscheidet. An der Innenwand des Motorläufers ist keine innere verzahnte Fläche ausgeformt, durch die die Triebkraft auf die ersten Planetenräder übertragen wird, sondern sorgen zwei beiderseits des Läufers befestigte Planetenradscheiben dafür, dass mehrere Planetengetriebe durch Beschränken der beiden Planetenradscheiben um den Sonnenradsatz herum in einem gleichen Abstand angeordnet sind und dass der Läufer über die beiden Planetenradscheiben Triebkraft auf die Planetengetriebe überträgt, wobei das Ausgeben von Triebkraft bei reduzierter Drehzahl in einer Stufe bei einer derartigen Anordnung ermöglicht wird.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel ist an den Wänden der beiden Seiten des Läufers und am Umfang der beiden Planetenradscheiben jeweils eine Vielzahl von zahnförmigen Teilen abwechselnd ausgeformt, wobei diese zahnförmigen Teile ineinander eingreifen. Darüber hinaus sind die technischen Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen denen des ersten Ausführungsbeispiels gleich.
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Das zweite Ausführungsbeispiel erweist sich durch folgende technische Merkmale als erfinderisch und vorteilhaft. Der Motorläufer und die vorhandenen Planetenradscheiben im Planetengetriebezug sind miteinander einteilig befestigt und ersetzen somit das innenverzahnte Hohlrad, ein beim herkömmlichen Planetengetriebezug unentbehrliches Bauteil, wobei die Planetengetriebe auch in der genannten Einheit aus dem Motorläufer und den Planetenradscheiben eingehüllt sind, wobei eine derartige Anordnung eine Reduzierung der Anzahl der Bauteile sowie eine effektive Verkleinerung des benötigten Gesamtraums für die Anordnung der Bauteile des Getriebemotors sowie des Volumens des Getriebemotors ermöglicht. Zudem weist das zweite Ausführungsbeispiel auch die beim ersten Ausführungsbeispiel vorhandenen Vorteile auf. Die Zahnräder, die für das Ausgeben von Triebkraft in einer Stufe bei reduzierter Drehzahl relevant sind, sind derart in Bezug aufeinander vorteilhaft angeordnet, dass das Untersetzungsverhältnis vergrößert werden kann und dass die Einrichtung weiter vereinfacht werden kann, wodurch der benötigte Gesamtraum für die Anordnung der Bauteile des Getriebemotors sowie das Volumen des Getriebemotors effektiv verkleinert werden können.
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Ferner ist der Getriebemotor gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel geeignet, in einem kleinen Werkzeug oder einer kleinen Maschine angebracht zu werden, z.B. in einem Fahrrad, wobei der Getriebemotor als Elektromotor für das Fahrrad eine Assistenzkraft zur Verfügung stellt. Dabei dient die Kurbelwelle im Tretlagergehäuse des Fahrradrahmens als Abtriebswelle, und das Gehäuse ist an einer Seite des Tretlagergehäuses befestigt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Umstände, bei denen der Getriebemotor angewendet wird, nicht auf die oben genannten Möglichkeiten eingeschränkt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Getriebemotors.
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2 zeigt eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Getriebemotors im zusammengebauten Zustand aus 1.
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3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 2.
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4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B aus 3.
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5 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Teils der Bauteile eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Getriebemotors.
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6 eine Schnittansicht des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Getriebemotors.
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7 zeigt eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Getriebemotors.
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Wege der Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Die Erfindung soll nicht auf die Beschreibung und die beigefügte Zeichnung beschränkt werden.
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Der erfindungsgemäße Getriebemotor ist beispielsweise am Fahrrad angebracht. Zunächst wird auf 1 bis 4 verwiesen, in denen die Anordnung der Bauteile des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Getriebemotors detailliert gezeigt ist. Der Getriebemotor kann in einem Tretlagergehäuse, das mit dem Fahrradrahmen verbunden ist, angebracht sein. Der Getriebemotor umfasst ein Gehäue 10, einen Motor 20 und einen Planetengetriebezug 30.
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Wie in 1 und 3 gezeigt, ist das Gehäuse 10 aus zwei scheibenförmigen Gehäusedeckeln 11, 12 zusammengeschraubt, wodurch im Gehäuse 10 ein Aufnahmeraum 13 entsteht. Beim Anbringen des Motors 20 und des Planetengetriebezugs 30 im Aufnahmeraum 13 sorgt das Gehäuse 10 für eine optimale Befestigung. Zudem ist es möglich, dass das Gehäuse 10 an einer Seite des Tretlagergehäuses 40 befestigt ist.
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Beim Motor 20 handelt es sich um einen hohlen Motor, der die Triebkraftsquelle für den Getriebemotor darstellt. Der Motor umfasst einen innenliegenden ringförmigen Läufer 21, der eine ringförmige Öffnung 22 aufweist, in deren Zentrum eine am Gehäuse drehbar gelagerte Abtriebswelle 23 aufgenommen ist. In der Mitte der beiden scheibenförmigen Gehäusedeckel 11, 12 ist jeweils ein Achsloch 14 ausgeformt ist, wobei sich die beiden Enden der Abtriebswelle 23 durch die beiden Achslöcher 14 aus dem Gehäuse 10 herausstrecken. Die Abtriebswelle 23 kann Triebkraft von einem festgelegten Untersetzungsverhältnis ausgeben und über den Zahnkranz und die Kette auf das Rad übertragen. Genauer gesagt ist die Abtriebswelle 23 bei der Ausführung bei einem Fahrrad die Kurbelwelle, die im Tretlagergehäuse 40 drehbar gelagert ist, wobei an den sich aus den Achslöchern 14 herausstreckenden beiden Enden der Kurbelwelle 23 jeweils eine Kurbel 50 befestigt ist, an der ein Pedal 51 drehbar gelagert ist.
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Des Weiteren umfasst der Motor 20 mehrere Antriebselemente, die um den Läufer 21 herum angeordnet sind, wobei die Antriebselemente einen an der Außenwand des Läufers 21 angeordneten ringförmigen Magneten 24 und einen um den Magneten 24 herum angeordneten und im Gehäuse 10 befestigten ringförmigen Stator 25 umfasst, wobei der Magnet 24 von zwei beiderseits des Magneten 24 angebrachten ringförmigen Sicherungsringen 24a, 24b umhüllt und somit zwischen dem Läufer 21 und dem Stator 25 befestigt werden kann. Nach dem Ampèreschen Gesetz ist es möglich, dass der Stator 25 stromdurchflossen wird und unter Einwirkung des Magnetfeldes des Magneten 24 den Läufer 21 zum Rotieren bringt, um die Triebkraft für den Motor 20 zu erzeugen.
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Aus 1 und 3 ist ferner ersichtlich, dass der gesamte Planetengetriebezug 30 in der ringförmigen Öffnung 22 des Läufers 21 und zwar um die Abtriebswelle 23 herum angeordnet ist. Der Planetengetriebezug 30 umfasst einen Sonnenradsatz 31, mehrere Planetengetriebe 34 und eine ringförmige innere verzahnte Fläche 35.
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Der Sonnenradsatz 31 weist ein erstes Sonnenrad 32 und ein zweites Sonnenrad 33 auf. Das zweite Sonnenrad 33 ist an der Abtriebswelle 23 befestigt. An den beiden Kurbeln 50, die jeweils an den beiden Enden der Abtriebswelle 23 befestigt sind, sind jeweils Bolzenrillen 50a ausgeformt, mittels deren das zweite Sonnenrad 33 an den Kurbeln 50 befestigt ist, sodass das zweite Sonnenrad 33, die Kurbeln 50 und die Abtriebswelle 23 zu einer Einheit zusammengebaut sind. Beim Drehen des zweiten Sonnenrades 33 wird die Abtriebswelle 23 durch die Kurbeln 50 synchron zum Drehen gebracht. Das erste Sonnenrad 32 ist im Gehäuse 10 befestigt. In der Ausführung wird ein gerippter Ring 11a konzentrisch zur Abtriebswelle 23 angrenzend an der Durchsteckstelle der Abtriebswelle 23 im Gehäusedeckel 11 des Gehäuses 10 ausgeformt, und das erste Sonnenrad 32 wird kraftschlüssig auf dem gerippten Ring 11a angebracht und so im Gehäuse 10 befestigt. Auf diese Weise ist es möglich, das erste und zweite Sonnenrad 32, 33 koaxial hintereinander auf einer und derselben Axiallinie anzubringen; dabei ist das an der Abtriebswelle 23 befestigte zweite Sonnenrad 33 beweglich und das im Gehäuse 10 befestigte erste Sonnenrad 32 feststehend. Das feststehende erste Sonnenrad 32 führt und hält die zweiten Planetenräder lediglich mittels dessen verzahnter Umfangsfläche (später wird dies detaillierter erläutert).
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Erfindungsgemäß können sechs Planetengetriebe 34 vorgesehen werden, die in einem gleichen Abstand zueinander um den Sonnenradsatz 31 herum angeordnet sind. Genauer gesagt ist beiderseits der Planetengetriebe 34 jeweils eine Planetenradscheibe 36 angebracht, wobei die Planetengetriebe 34 mittels der beiden Planetenradscheiben 36 so beschränkt sind, dass sie in einem gleichen Bogenabschnitt des Umfangs beabstandet um den Sonnenradsatz 31 herum angeordnet sind.
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Jeder der Planetengetriebe 34 umfasst ein erstes Planetenrad 34a und ein zweites Planetenrad 34b, die mittels einer Planetenradachse 34c hintereinander zu einer Einheit gebildet sind. Die Planetenradachse 34c ist mit einem Lager oder einer Buchse versehen, damit das erste und das zweite Planetenrad 34a, 34b koaxial auf der Planetenradachse 34c hintereinander zu einer Einheit gebildet werden können. Auf der Scheibenfläche der beiden Planetenradscheiben 36 ist eine der Anzahl der Planetengetriebe 34 entsprechende Anzahl von Achslöchern 36a in einem gleichen Abstand zueinander angeordnet, damit die beiden Enden der Planetenradachsen 34c im gleichen Abstand in den Achslöchern 36a befestigt werden, sodass die Planetenradachsen 34c und die Planetenradscheiben 36 zu einer Einheit gebildet werden.
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Weiter ist aus 1 und 4 ersichtlich, dass auf der Scheibenfläche der beiden Planetenradscheiben 36 mehrere Durchgangsöffnungen 36b in einem gleichen Abstand gebohrt sind, wobei zwischen je zwei entsprechenden Durchgangsöffnungen 36b der beiden Planetenradscheiben 36 ferner eine Hülse 37 angeordnet ist, wobei eine Schraube 38 in eine Durchgangsöffnung 36b auf der Scheibenfläche der einen Seite durchgesteckt und weiter in eine Hülse 37 gesteckt wird und ein Schraubstutzen 39 in eine Durchgangsöffnung 36b auf der Scheibenfläche der anderen einen Seite durchgesteckt und weiter in eine Hülse 37 gesteckt wird, sodass die Schraube 38 und der Schraubstutzen 39 zusammengeschraubt werden, wobei die beiden Planetenradscheiben 36 durch den Abstand der Hülse 37 eine Anordnung der Planetengetriebe 34 des Planetengetriebezugs 30 zu einer Einheit ermöglichen. Des Weiteren sind zwischen den beiden Planetenradscheiben 36 und den Innenwänden der beiden scheibenförmigen Gehäusedeckel 11, 12 des Gehäuses 10 Kugel 36c als Lager angeordnet, sodass die beiden Planetenradscheiben 36 im Gehäuse 10 flexibel rotieren können. Durch das Beschränken der beiden Planetenradscheiben 36 können die ersten und zweiten Planetenräder 34a, 34b der Planetengetriebe 34 synchron den Sonnenradsatz 31 umlaufen.
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Weiter ist aus 3 ersichtlich, dass das erste Planetenrad 34a in das erste Sonnenrad 32 und das zweite Planetenrad 34b in das zweite Sonnenrad 33 eingreift, sodass das erste und zweite Planetenrad 34a, 34b auf der Planetenradachse 34c sich synchron frei drehen können (i.e. synchron rotieren) und so synchron den Sonnenradsatz 31 umlaufen. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass das erste und zweite Planetenrad 34a, 34b zunächst hintereinander einteilig zusammengebaut und so auf der Planetenradachse 34c drehbar gelagert werden, sodass sie synchron rotieren und den Sonnenradsatz 31 umlaufen können.
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Die ringförmige innere verzahnte Fläche 35 ist an der Innenwand des ringförmigen Läufers 21 ausgeformt, sodass der Läufer 21 über die innere verzahnte Fläche 35 in die ersten Planetenräder 34a eingreifen kann, wobei zu bemerken ist, dass die innere verzahnte Fläche 35 nicht mit den zweiten Planetenrädern 34b in Eingriff steht. Gemäß dieser Ausgestaltung ist der Läufer 21 als innenverzahntes Hohlrad in den Planetengetriebezug 30 integriert. Mit anderen Worten sind erfindungsgemäß der Läufer 21 und das für den Planetengetriebezug 30 erforderliche innenverzahnte Hohlrad in eine Einheit integriert, sodass das für den Planetengetriebezug 30 erforderliche innenverzahnte Hohlrad ausgelassen werden kann, wodurch der umliegende Raum der Abtriebswelle 23 des Getriebemotors effektiv verkleinert werden kann.
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Des Weiteren ist erfindungsgemäß möglich, dass das erste und zweite Sonnenrad 32, 33 mit unterschiedlicher Anzahl von Zähnen versehen sind; beispielsweise weist das erste Sonnenrad 32 eine Anzahl A von Zähnen und das zweite Sonnenrad 33 eine Anzahl B von Zähnen auf, wobei die A ≠ B. Ferner ist erfindungsgemäß möglich, dass das erste und das zweite Planetenrad 34a, 34b, die sich synchron drehen (sowohl rotieren als auch den Sonnenradsatz 31 umlaufen), mit unterschiedlicher Anzahl von Modulen versehen sind. Beispielsweise weist das erste Planetenrad 34a eine Anzahl X von Modulen und das zweite Planetenrad 34b eine Anzahl Y von Modulen auf, wobei X ≠ Y.
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Durch die vorstehende Anordnung wird ermöglicht, dass, wenn die Antriebselemente des Motors 20 den Läufer 21 zum Rotieren bringen, die Triebkraft des als innenverzahnten Hohlrades eingesetzten Läufers 21 zuerst über die innere verzahnte Fläche 35 auf die jeweils eine Anzahl X von Modulen aufweisenden ersten Planetenräder 34a, in die die innere verzahnte Fläche 35 eingreift, und weiter über die ersten Planetenräder 34a auf das eine Anzahl A von Zähnen aufweisende erste Sonnenrad 32, in das die ersten Planetenräder 34a eingreifen, übertragen wird. Da das erste Sonnenrad 32 feststehend ist, führt und hält es die ersten Planetenräder 34a lediglich mittels dessen verzahnter Umfangsfläche und bringt so diese ersten Planetenräder 34a dazu, zu rotieren und um das erste Sonnenrad 32 herum zu umlaufen. In diesem Vorgang entspricht der erzeugte Umlauf der ersten Planetenräder 34a der Ausgangsleistung der Triebkraft im Untersetzungsverhältnis der ersten Stufe, wobei das Untersetzungsverhältnis der ersten Stufe wie folgt berechnet wird: 1 + (Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrades/Anzahl der Zähne der inneren verzahnten Fläche)
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Wie oben erwähnt sind das erste Planetenrad 34a und das zweite Planetenrad 34b koaxial hintereinander einteilig angeordnet. Wenn das erste Planetenrad 34a vom Läufer 21 angetrieben wird und dadurch um das erste Sonnenrad 32 herum rotiert sowie dasselbe umläuft, kann sich das zweite Planetenrad 34b synchron zum ersten Planetenrad 34a drehen (sowohl rotieren als auch den Sonnenradsatz 31 umlaufen). So kann die im Untersetzungsverhältnis der ersten Stufe hervorgebrachte Ausgangsleistung der Triebkraft des Läufers durch das Führen und Halten des ersten Sonnenrades 32 zurück auf die ersten Planetenräder 34a übertragen werden und weiter über die zweiten Planetenräder 34b, die sich synchron zu den ersten Planetenräder 34a drehen können, indirekt übertragen werden. Schließlich wird die im Untersetzungsverhältnis der ersten Stufe hervorgebrachte Ausgangsleistung der Triebkraft auf das zweite Sonnenrad 33 übertragen. Bei der Übertragung der im Untersetzungsverhältnis der ersten Stufe hervorgebrachte Ausgangsleistung der Triebkraft greifen die jeweils eine Anzahl X von Modulen aufweisenden ersten Planetenräder 34a in das eine Anzahl A von Zähnen aufweisende erste Sonnenrad 32 und die jeweils eine Anzahl Y von Modulen aufweisenden zweiten Planetenräder 34b in das eine Anzahl B von Zähnen aufweisende zweite Sonnenrad 33 ein. Dabei ist das erste Sonnenrad 32 im Gehäuse 10 befestigt und so drehfest, sodass die ersten Planetenräder 34a, wenn sie durch den Läufer 21 mitbewegt und durch das erste Sonnenrad 32 beschränkt werden, rotieren und umlaufen werden und die zweiten Planetenräder 34b zum Rotieren und Umlaufen bringen. Aufgrund des Unterschieds der Zahnanzahlen des ersten und zweiten Sonnenrades 32, 33 greifen die zweiten Planetenräder 34b in das an der Abtriebswelle 23 befestigte zweite Sonnenrad 33 ein und übertragen somit Triebkraft auf dasselbe, wodurch die Abtriebswelle 23 eine Ausgangsleistung der Triebkraft im Untersetzungsverhältnis der zweiten Stufe für beispielsweise Fahrräder mit Bedarf an reduzierter Drehzahl hervorbringt, wobei das Untersetzungsverhältnis der zweiten Stufe wie folgt berechnet wird: Anzahl der Zähne des zweiten Sonnenrades/(Anzahl der Zähne des zweiten Sonnenrades – Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrades)
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Erfindungsgemäß kann die im allerletzten Untersetzungsverhältnis hervorgebrachte Ausgangsleistung der Triebkraft anhand folgender Formel ermittelt werden, wobei das allerletzte Untersetzungsverhältnis wie folgt berechnet wird: {[1 + (Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrades/Anzahl der Zähne der verzahnten Fläche)] × Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrades}/(Anzahl der Zähne des zweiten Sonnenrades – Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrades)
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5 und 6 zeigen das zweite Ausführungsbeispiel, das sich hinsichtlich des Aufbaus vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass an der Innenwand des Motorläufers 210 keine innere verzahnte Fläche vorgesehen ist, aber an den Wandflächen der beiden Seiten des Läufers 210 jeweils ringförmig umschließende zahnförmige Teile 211 ausgeformt sind, wobei auf den entsprechenden Umfangskanten der beiden Planetenradscheiben 360 auch ringförmig umschließende zahnförmige Teile 361 ausgeformt sind, wobei die zahnförmigen Teile 361 der beiden Planetenradscheiben 360 und die zahnförmigen Teile 211 an den Wandflächen der beiden Seiten des Läufers 210 ineinander eingreifen können. Durch den Eingriff der zahnförmigen Teile 211, 361 werden die beiden Planetenradscheiben 360 auf den beiden Seiten des Läufers 210 befestigt und so mit dem Läufer 210 zu einer Einheit verbunden; darüber hinaus ist die Anordnung der Bauteile des zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels gleich. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Ineinander-Eingreifen lediglich eine beispielhafte platzsparende Verbindungsart ist. Mittels weiterer Verbindungsarten wie Zusammenschrauben oder Bolzenverbinden können die beiden Planetenradscheiben 360 gleichfalls auf den beiden Seiten des Läufers 210 befestigt und so mit dem Läufer 210 zu einer Einheit verbunden werden.
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Wenn sich der Läufer 210 dreht, drehen sich die beiden Planetenradscheiben 360 auch mit, sodass die Triebkraft des Läufers 210 über die beiden Planetenradscheiben 360 auf die Planetengetriebe 34 übertragen werden kann. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die Triebkraft auf eine komplexe Weise in einer Stufe bei reduzierter Drehzahl auf die Abtriebswelle 23 ausgegeben wird. Wenn die ersten Planetenräder 34a über den Läufer 210 die beiden Planetenradscheiben 360 zum Bewegen bringen, werden sie durch Beschränken des ersten Sonnenrades 32 rotieren und umlaufen und zugleich die zweiten Planetenräder 34b zum Rotieren und Umlaufen bringen. Aufgrund des Unterschieds der Zahnanzahlen des ersten und zweiten Sonnenrades 32, 33 greifen die zweiten Planetenräder 34b in das an der Abtriebswelle 23 befestigte zweite Sonnenrad 33 ein und übertragen somit Triebkraft auf dasselbe, wodurch die Abtriebswelle 23 die Triebkraft in einer Stufe bei reduzierter Drehzahl ausgeben kann, wobei die Triebkraft weiter über den Zahnkranz und die Kette auf die Räder übertragen wird. Der durch diese Konstruktion erzielte Effekt der Drehzahlreduzierung ist basiert auf den Unterschied der Zahnanzahlen der beiden Sonnenräder, wobei diese Konstruktion im Vergleich zu den herkömmlichen Planetengetrieben ein höheres Untersetzungsverhältnis erzielen kann. Das Untersetzungsverhältnis einer Stufe wird wie folgt berechnet: Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrades/(Anzahl der Zähne des zweiten Sonnenrades – Anzahl der Zähne des ersten Sonnenrades)
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Aus der vorstehenden Beschreibung zusammengefasst ist verständlich, dass der erfindungsgemäße Getriebemotor ein Ausgeben von Triebkraft in mehreren Stufen bei reduzierter Drehzahl ermöglicht, wobei das Ausgeben von Triebkraft ab dem Drehen des Motorläufers in zwei Stufen (i.e. der ersten und der zweiten Stufe) oder in einer Stufe erfolgen kann. Dabei wird die Triebkraft des Läufers der Reihe nach auf den Planetengetriebezug, den Sonnenradsatz und die Abtriebswelle übertragen; beim erfindungsgemäßen Getriebemotor werden sowohl eine erhebliche Vergrößerung des Untersetzungsverhältnisses in einem effektiven Raum als auch eine Vereinfachung der Einrichtung realisiert, sodass der benötigte Gesamtraum für die Anordnung der Bauteile des Getriebemotors sowie das Volumen des Getriebemotors nicht effektiv verkleinert werden können, wobei der dadurch kompakt aufgebaute Getriebemotor vorteilhafterweise für Fahrräder oder weitere kleine Werkzeuge oder Maschinen, bei denen die Antriebskraft bei reduzierter Drehzahl ausgegeben werden soll, gut geeignet ist.
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7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das sich vom ersten und zweiten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass es möglich ist, dass die Abtriebswelle 23a des Getriebemotors nicht als Kurbelwelle des Tretlagergehäuses eines Fahrrades verwendet wird. Deshalb ist die Abtriebswelle 23a nicht an der Kurbel des Fahrrades befestigt. Genauer gesagt dienen das eine Ende oder die beiden Enden der Abtriebswelle 23a, welches oder welche durch das Achsloch 14a durchgesteckt sind, als Triebkraftausgang des Getriebemotors, an den kleine Werkzeuge oder Maschinen, bei denen die Antriebskraft bei reduzierter Drehzahl ausgegeben werden soll, angeschlossen werden können, wobei kleine Werkzeuge oder Maschinen beispielsweise Roboterarme, Elektrowerkzeuge sind. Des Weiteren können die Abtriebswelle 23a und das zweite Sonnenrad 33a, die beim vorherigen Ausführungsbeispiel mittels Bolzenrillen miteinander befestigt sind, im dritten Ausführungsbeispiel auch einteilig ausgeformt sein, um die Anzahl der Bauteile zu reduzieren. Darüber hinaus entspricht das dritte Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 11, 12
- Gehäusedeckel
- 11a
- gerippter Ring
- 13
- Aufnahmeraum
- 14, 14a
- Achsloch
- 20
- Motor
- 21, 210
- Läufer
- 211, 361
- zahnförmiges Teil
- 22
- ringförmige Öffnung
- 23
- Abtriebswelle (Kurbelwelle)
- 23a
- Abtriebswelle
- 24
- Magnetring
- 24a, 24b
- Sicherungsring
- 25
- Stator
- 30
- Planetengetriebezug
- 31
- Sonnenradsatz
- 32
- erstes Sonnenrad
- 33, 33a
- zweites Sonnenrad
- 34
- Planetengetriebe
- 34a
- erstes Planetenrad
- 34b
- zweites Planetenrad
- 34c
- Planetenradachse
- 35
- innere verzahnte Fläche
- 36, 360
- Planetenradscheibe
- 36a
- Achsloch
- 36b
- Durchgangsöffnung
- 36c
- Kugel
- 37
- Hülse
- 38
- Schraube
- 39
- Schraubstutzen
- 40
- Tretlagergehäuse
- 50
- Kurbel
- 50a
- Bolzenrille
- 51
- Pedal
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- US 6196347 [0004, 0005, 0005]
- US 6296072 [0004, 0005, 0005, 0007, 0008]
- US 6629574 [0004, 0005, 0005, 0007, 0008]
- US 6031308 [0005]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- http://www.haydonkerk.com/LinearActuatorProducts/StepperMotorLin earActuators/RotaryStepperMotors/PancakeRotaryMotors/PlanetaryPancakeMot ors/tabid/107/Default.aspx#ballbearing [0006]
