DE4336976A1 - Rädergetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rädergetriebe in Form eines Umlaufgetriebes, bei dem wenigstens ein außenverzahntes Planetenrad von jeweils einer ersten, inneren Kurbel geführt in wenigstens einem innenverzahnten Hohlrad umläuft, wobei die innere Kurbel jeweils über eine zweite, äußere Kurbel gelenkig mit der Kolbenstange wenigstens eines Antriebszylinders verbunden ist, und bei dem die innere Kurbel mit einem Gegengewicht als Ausgleichsmasse versehen ist.

Zur Umwandlung oszillierender Linearbewegungen, beispielsweise der Kolbenbewegungen eines Antriebs­ zylinders, in Drehbewegungen werden in der Regel Schub­ kurbelgetriebe eingesetzt. Bei diesen wirkt der sich bewegende Kolben über ein Kreuzgelenk und eine Pleuel­ stange auf eine umlaufende Kurbel, die Teil einer Kurbelwelle ist und an deren Drehachse die Antriebs­ energie abgegriffen werden kann. Daneben kann die Um­ setzung einer oszillierenden Linear- in eine Drehbe­ wegung auch über ein Rädergetriebe der eingangs genann­ ten Art erfolgen, das eine Kombination aus einem Schub­ kurbelgetriebe und einem herkömmlichen Rädergetriebe darstellt. Rädergetriebe dienen in erster Linie dazu, Drehbewegungen von einer Welle auf eine andere zu über­ tragen. Dadurch, daß bei einem solchen Rädergetriebe die Achse des umlaufenden Planetenrades über ein Schub­ kurbelgetriebe mit dem Kolben eines Antriebszylinders verbunden wird, kann dessen Hubbewegung auch hier in eine rotierende Bewegung umgesetzt werden.

Bei derartigen Rädergetrieben stellt es eine bereits bekannte Maßnahme dar, zur Erzielung einer größeren Laufruhe die das Planetenrad mit der Achse des Hohl­ rades verbindende innere Kurbel bzw. Kurbelwelle, an der die Leistungsabgabe erfolgt, an ihren dem Planeten­ rad abgewandten Ende mit einem Gegengewicht als Massen­ ausgleich zu versehen. Eine vollständige Aufhebung der Massenkräfte ist dabei jedoch nicht möglich, da dieses Gegengewicht bei seiner Rotationsbewegung keine aus­ schließlich in Richtung der Zylinderachse wirkende Wechselkraft erzeugt, wie dies erforderlich wäre, um die aus dem Gewicht der Systemkomponenten resultieren­ den Massenkräfte erster Ordnung zu kompensieren. Viel­ mehr erzeugt das umlaufende Gegengewicht eine Flieh­ kraft, die außer einer in Achsenrichtung, d. h. kompen­ sierend wirkenden Komponente auch eine dazu senkrecht wirkende Komponente erzeugt, die als Querkraft wirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rädergetriebe der eingangs genannten Art bereitzustellen, das über einen vollständigen Massenausgleich verfügt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Räderge­ triebe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruchs 1. Dadurch, daß bei dem Rädergetriebe nach der Erfindung auch die zweite, außen umlaufende Kurbel bzw. Kurbelwelle mit einem Gegengewicht versehen ist, dessen Schwerpunkt den gleichen Abstand von der Drehachse der Kurbel aufweist wie der Anlenkpunkt der Kolbenstange, und dieses Gegengewicht aufgrund seiner Anordnung eine gradlinige Bewegung vollführt, die senkrecht zur Pendelbewegung des Kolbens verläuft, werden die durch das Gegengewicht der inneren Kurbel bzw. Kurbelwelle hergerufenen Querkräfte vollständige kompensiert. Da an Rädergetriebewerken der eingangs genannten Art kon­ struktionsbedingt keine Massenkräfte zweiter Ordnung auftreten, wird durch die bei dem erfindungsgemäßen Rädergetriebewerk erzielte Kompensation der Massen­ kräfte zweiter Ordnung ein vollständiger Massenaus­ gleich erreicht.

Das Rädergetriebe nach der Erfindung eignet sich, insbesondere wenn es in Form eines Kreuzrädergetriebes mit je zwei Hohlrädern und zwei Planetenrädern konzi­ piert ist, besonders gut für eine Kombination mit Motoren, die nach dem Stirling-Kreisprozeß arbeiten, wobei insgesamt vier Zylinder mit einer Phasenver­ schiebung von jeweils 90° als sogenannter doppelt wirkender Stirlingmotor zusammengefaßt sind. Das Kurbelgehäuse kann bei dem Rädergetriebe entsprechend der Erfindung äußerst klein und kompakt gestaltet werden und kann dadurch mit dem Betriebsdruck des Prozeßgases für den Stirling-Kreisprozeß beaufschlagt werden. Letzteres wiederum führt dazu, daß bei dieser Kombination aufwendige Dichtmaßnahmen an den Kolben- Stangen, wie sie ansonsten bei doppelt wirkenden Stirlingmotoren erforderlich sind, entfallen können, was zu wesentlich verringerten Reibungsverlusten und zu einer weiteren Reduzierung der Bauhöhe derartiger Anordnungen führt. Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, daß bei einer derartigen Kombination die gesamte Anordnung liegend ausgeführt sein kann.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 jeweils in schematischer Darstellung ein herkömmliches Schubkurbelgetriebe sowie ein Rädergetriebe,

Fig. 3 ein Rädergetriebe mit vollständigem Massenausgleich,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Zylinderanordnung mit einem Kreuzrädergetriebe,

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung des Kreuzräder­ getriebes in Fig. 4 und

Fig. 6 eine Prinzipskizze des Zusammenwirkens der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Anord­ nung.

Bei dem in Fig. 1 zu Vergleichszwecken dargestellten Schubkurbelgetriebe wird die oszillierende Bewegung eines Kolbens 1 eines Antriebszylinders 2 über eine Koppel oder Pleuelstange 3 auf eine auf einer Kreisbahn umlaufende Kurbel 4 übertragen und auf diese Weise in eine Drehbewegung umgewandelt. Die Anlenkung der Pleuelstange 3 am Kolben 1 erfolgt dabei über ein Kreuzgelenk 5, da die Pleuelstange 3 eine zweidimen­ sionale Bewegung in der zeichenebene ausführt.

Demgegenüber vollführt bei den in Fig. 2 dargestellten Rädergetriebe die Kolbenstange 13 eines Kolbens 11, der in einem Zylinder 12 angeordnet ist, die gleiche Be­ wegung wie der Kolben 11 selbst. Die Kolbenstange 13 ist über eine äußere Kurbel 14 an einer inneren Kurbel 15 angelenkt, die, wie die Kurbel 4 des Schubkurbel­ getriebes, auf einer Kreisbahn umläuft und an deren Drehachse die Antriebsleistung des Zylinders 12 als Rotationsenergie abgenommen werden kann. Die innere Kurbel 15 bildet zugleich den Steg für ein Planetenrad 16, das mit seiner Außenverzahnung auf einem innenver­ zahnten Hohlrad 17 umläuft. Der Durchmesser des Planetenrades 16 ist dabei halb so groß wie derjenige des Hohlrades 17; die Länge der äußeren Kurbel 14 entspricht exakt der Länge der inneren Kurbel 15.

Während das in Fig. 1 dargestellte Schubkurbelgetriebe über keinerlei Massenausgleich verfügt, entfallen bei dem in Fig. 2 gezeigten Rädergetriebe aufgrund der gewählten Konstruktion sämtliche Massenkräfte zweiter Ordnung, so daß nur Massenkräfte erster Ordnung wirksam werden, die aus dem Gewicht der sich bewegenden Massen des Kolbens 11 und der Kolbenstange 13 resultieren. Um auch diese Massenkräfte erster Ordnung zu kompensieren, sind bei dem in Fig. 3 dargestellten Rädergetriebe zusätzliche Gegengewichte 28 und 29 vorgesehen. An­ sonsten entspricht der Aufbau dieses Rädergetriebes exakt dem in Fig. 2 gezeigten, d. h. es umfaßt ein Hohl­ rad 27, ein in diese umlaufendes Planetenrad 26, eine innere Kurbel 25 sowie eine äußere Kurbel 24, die wiederum mit der Kolbenstange 23 eines in einem Antriebszylinder 22 sich bewegenden Kolbens 21 ver­ bunden ist.

Die Gegengewichte 28 und 29 sind jeweils an der äußeren Kurbel 24 und an der inneren Kurbel 25 angeordnet. Das Gegengewicht 29 ist dabei so ausgebildet und an der inneren Kurbel angebracht, daß sein Schwerpunkt S1 den gleichen Abstand von der Drehachse A1 der inneren Kurbel aufweist wie der Anlenkpunkt A2, an dem die die äußere Kurbel 24 mit der inneren verbunden ist und der zugleich die Drehachse des Planetenrades 26 darstellt. Allerdings liegt der Schwerpunkt S1 um 180° gegenüber dem Anlenkpunkt A2 versetzt.

In analoger Weise ist das Gegengewicht 28 an der äußeren Kurbel 24 angeordnet. Sein Schwerpunkt S2 liegt um 180° versetzt gegenüber dem Anlenkpunkt A3, an dem die äußere Kurbel 24 mit der Kolbenstange 23 verbunden ist. Schwerpunkt S2 und Anlenkpunkt A3 weisen dabei wiederum den gleichen Abstand vom Anlenkpunkt A2 auf.

Während der Schwerpunkt S1 des Gegengewichtes 29, wie in der Figur ersichtlich, auf der gleichen Kreisbahn umläuft wie die Drehachse des Planetenrades 26, führt der Schwerpunkt S2 des Gegengewichtes 28 eine lineare Auf- und Abbewegung aus, die in Fig. 3 durch die verti­ kale strichpunktierte Linie verdeutlicht ist (die horizontale strichpunktierte Linie markiert die Be­ wegung des Anlenkpunktes A3). Beide Gegengewichte 28 und 29 zusammen führen durch ihre unterschiedlichen Be­ wegungsabläufe dazu, daß bei dem in Fig. 3 dargestell­ ten Rädergetriebe keinerlei Massenkräfte erster Ordnung wirksam werden und somit ein vollständiger Massenaus­ gleich erreicht ist.

Fig. 4 zeigt eine Anwendung des vorangehend beschriebe­ nen Rädergetriebes, dessen prinzipieller Aufbau in Fig. 3 verdeutlicht ist. Bei der in Fig. 4 dargestell­ ten Anordnung sind insgesamt vier Antriebszylinder 31 bis 34 zu einer kreuzförmigen Anordnung zusammengefaßt, wobei die Kolben 35 bis 38 dieser vier Zylinder 31 bis 34 mit ihren Kolbenstangen 39 bis 42 auf ein gemein­ sames Kreuzrädergetriebe 43 wirken, von dem in der Fig. 4 im wesentlichen nur drei der vier Gegengewichte erkennbar sind (das vierte Gegengewicht ist durch eines der anderen Gegengewichte verdeckt). Der genaue Aufbau dieses Kreuzrädergetriebes ist aus Fig. 5 ersichtlich.

Die Explosionsdarstellung gemäß Fig. 5 zeigt, daß das Kreuzrädergetriebe 43 zwei innenverzahnte Hohlräder 44 und 45 aufweist, in denen zwei Planetenräder 46 und 47 umlaufen. Die Drehachsen der beiden Planetenräder 46 und 47 sind jeweils auf den beiden Teilstücken 48 und 49 einer zweigeteilt ausgebildeten inneren Kurbel gelagert. An die Kurbelwangen 50 bzw. 51 dieser beiden Teilstücke 48 und 49 sind jeweils Gegengewichte 52 bzw. 53 angeformt. Die Schwerpunkte S1′ bzw. S1′′ dieser Gegengewichte 52 und 53 weisen den gleichen Abstand von den Drehachsen A1′ und A1′′ der beiden Teilstücke 48 und 49 auf wie die Anlenkpunkte A2′ bzw. A2′′ für eine zweite, äußere Kurbelwelle 54, wobei diese Anlenkpunkte A2′ und A2′′ zugleich die Drehachsen für die Planeten­ räder 46 und 47 symbolisieren.

Die äußere Kurbelwelle 54 ist zweifach gekröpft ausge­ bildet, wobei wiederum die in entgegengesetzter Rich­ tung weisenden Kurbelwangen 55 und 56 Gegengewichte 57 und 58 tragen. Auch bei diesen sind die Schwerpunkte S2′ und 52′′ um den gleichen Abstand von der Drehachse der äußeren Kurbelwelle 54, die durch die Verbindung der beiden Anlenkpunkte A2′ und A2′′ definiert ist, entfernt wie zwei Achsenabschnitte 59 und 60, die die Anlenkpunkte fr die Kolbenstangen 39 bis 42 bilden und die durch die Stange 61 miteinander verbunden sind.

In Fig. 6 ist die gesamte Anordnung abschließend noch einmal in einer dreidimensionalen Schemaskizze verdeut­ licht. Die Pfeile kennzeichnen dabei die Hubbewegung der Kolben 35 bis 38, die in eine Rotationsbewegung umgesetzt wird, die an den Abtriebsenden der beiden Teilstücke 48 und 49 der inneren Kurbelwelle zur Leistungserzeugung abgenommen werden kann. Bei den Kolben handelt es sich im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels um solche eines doppelt wirkenden Stirlingmotors, wobei jeder dieser Kolben zugleich auch als Verdränger für den jeweils nachfolgenden Kolben dient.

Claims (9)

1. Rädergetriebe in Form eines Umlaufgetriebes, bei dem wenigstens ein außenverzahntes Planetenrad von jeweils einer ersten, inneren Kurbel geführt in wenigstens einem innenverzahnten Hohlrad umläuft, wobei die innere Kurbel jeweils über eine zweite, äußere Kurbel gelenkig mit der Kolbenstange wenig­ stens eines Antriebszylinders verbunden ist, und bei dem die innere Kurbel mit einem Gegengewicht als Ausgleichsmasse versehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auch die äußere Kurbel (24, 54) mit wenigstens einem Gegengewicht (28, 57, 58) versehen ist.

2. Rädergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schwerpunkt (S2, S2′, S2′′) des Gegen­ gewichtes (28, 57, 58) den gleichen Abstand vom Anlenkpunkt (A2, A2′, A2′′) der äußeren Kurbel (24, 54) an der inneren Kurbel (25, 48, 49) aufweist wie der Anlenkpunkt (A3) der Kolbenstange (23, 39-42) des Antriebszylinders (22, 31-34), diesem gegenüber jedoch um 180° versetzt angeordnet ist.

3. Rädergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Planeten­ rades (26, 46, 47) die Hälfte des Durchmessers des Hohlrades (27, 44, 45) beträgt.

4. Rädergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der inneren Kurbel (25, 48, 49) gleich derjenigen der äußeren Kurbel (24, 54) ist.

5. Rädergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hohlräder (44, 45) mit jeweils einem darin umlaufenden Planetenrad (46, 47) über eine gemeinsame innere Kurbelwelle (48, 49) zusammengefaßt sind und daß eine mit dieser gelenkig verbundene äußere Kurbelwelle (54) von insgesamt vier, jeweils um 90° versetzt zueinander angeordneten Antriebszylinders (31-34) beaufschlagt wird.

6. Rädergetriebe nach Anspruch 5, daß die innere Kurbelwelle (48, 49) zweigeteilt ausgebildet ist.

7. Rädergetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kurbelwelle (54) zur Bildung zweier um 180° gegeneinander versetzter äußerer Kurbeln (55, 56) zweifach gekröpft ausgebildet ist und daß an jeder der beiden äußeren Kurbeln (55, 56) die Kolbenstange (39-42) zweier einander jeweils gegenüberliegender Antriebs­ zylinder (31-34) angreifen.

8. Rädergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebszylinder (22, 31-34) nach dem stirling-Kreisprozeß arbeiten.

9. Rädergetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebszylinder (31-34) Komponenten eines doppelt wirkenden Stirlingmotors sind.