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In erster Linie soll die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu dienen,
an fern der Zivilisation liegenden Orten mit Hilfe des Windes oder mittels der Strömung
eines Wildbaches o. dgl. Energie zu gewinnen. Mit Hilfe einer Luftschraube oder
eines der Wasserströmung ausgesetzten Propellers kann in an sich bekannter Weise
eine Eingangswelle angetrieben werden, wobei es dann von großer Bedeutung ist, die
an der Eingangswelle vorhandenen Rotationsenergie zu vergleichmäßigen und zu einer
Ausgangswelle zu übertragen, mit der sich eine Arbeitsmaschine oder ein Generator
antreiben läßt Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe ist die Vorrichtung der einleitend
genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle ein Sprossenrad trägt,
daß die Ausgangswelle mit einem Kurbeltrieb verbunden ist, daß eine Energieimpulse
übertragende Verbindung zwischen Eingangswelle und- Ausgangswelle aus einer neben
dem Umfang- des Sprossenrades achsparallel angeordneten Nockenwelle, einem von der
Nockenwelle getragenen, aus einer Wartestellung heraus zwischen die Sprossen des
Sprossenrades bewegbaren, energieabnehmenden Nockenarm, einem von der Nokkenwelle
antreibbaren Stößel mit der Plcuelstange verbindenden Federanordnung besteht. und
daß ein die Lage des Kurbeltriebes erfassender Auslöser vorhanden ist. der über
eine Steuerung für den Eingriff des Nokkenarmes zwischen die Sprossen des Sprossenrades
und damit für eine Drehung der Nockenwelle, für die inipulsartige Bcaufschlagung
des- Stößels, für das Spannen der Fcdcranordnung und die Unterstützung der Plcuelstangenbewegung
sorgt.
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Vorzugsweise enthält die vom Stößel aktivierte Federanordnung zwei
Speicherfedern, die gesteuert vom Umlauf der Kurbelwelle nacheinander kraftschlüssig
mit der Pleuelstange derart verbunden werden, daß eine der Federn zwischen den Totpunkten
der Kurbel drükkend und die andere der Federn ziehend wirksam wird.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des
Anmeldungsgegenstandes näher veranschaulicht. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine
schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung, F
i g. 2 eine schematische Draufsicht zu F i g. 2, F i g. 3 eine schematische Draufsicht
auf die kraftabnehmende Nocke, F i g. 4 eine schematische Draufsicht auf die kraftabgebende
Nocke, F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf die Steuernocke in Verbindung mit
dem Steuergestänge, F i g. 6 eine vergrößert dargestellte Einzelheit der F i g.
1 in Seitenansicht, F i g. 7 eine schematische Seitenansicht der in F i g. 1 dargestellten
Abschaltvorrichtung in einer gegenüber F i g. 5 um 90° versetzten Ebene, Fig.8 eine
schematische Seitenansicht der Pleuelstangenanordnung zum Antrieb des Rotors, F
i g. 9 einen Querschnitt zu F i g. 8 gemäß der Schnittlinie IX-IX und Fig. 10-13
Einzelheiten der am Rotor vorgesehenen Verriegelungssteuerung.
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Die schematische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsvorrichtung
in F i g. 1 und 2 zeigen eine krafteinleitende Welle 102, die beispìelsweise die
unregelmäßig angetriebene Antriebswelle eines Windrades oder einer von einer Wasserströmung
angetriebenen Schraube sein kann. Es sei angenommen, daß die Welle 102 sich in Richtung
des eingezeichneten Pfeiles 101 dreht. Mit der unregelmäßig anfallenden Drehenergie
der Welle 102 soll entsprechend der Aufgabe der Erfindung ein elektrischer Generator
19 mit im wesentlichen gleichmäßiger Drehzahl angetrieben werden.
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Über einen Riementrieb 131 oder auch durch ein Zahnradzwischengetriebe
soll der Generator 19 von einem Rotor 20 angetrieben werden, bei dem es sich um
ein Schwungrad mit relativ großer Masse handelt.
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Der Kernpunkt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß das krafteinleitende
Sprossenrad 2 auf der Welle 102 nicht fest mit der Achse des Rotors 20 gekoppelt
ist, sondern der Rotor 20 die jeweils vorhandene Eingangsenergie, gesteuert vom
Betriebszustand des Rotors 20, impulsweise empfängt. Dies heißt mit anderen Worten,
daß der Lauf des Rotors 20 bestimmt, wann ihm von dem mit wechselnden Drehzahlen
laufenden Antriebsrad 2 Energie zugeführt wird.
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Bei dem Antriebsrad 2 handelt es sich um zwei fest miteinander verbundene
Scheiben und zwischen den Scheiben angeordneten Sprossen 1, von denen die Energie
abgenommen wird. Achsparallel zur Antriebswelle 102 ist eine bei 33 gelagerte Nockenwelle
6 angeordnet, die axial hintereinanderliegend drei zweiarmige, symmetrisch ausgebildete
Nocken aufweist, und zwar eine kraftaufnehmende Nocke 32, eine kraftabgebende Nokke
5 und eine Steuernocke 4. Alle drei Nocken sind drehfest mit der Nockenwelle 6 verbunden.
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Die kraftabnehmende Nocke 32 ist so angeordnet, daß sie über den
Rand in das Sprossenrad 2 zwischen den einzelnen Sprossen 1 eingreifen kann. Wie
die F i g. 3 zeigt, liegt die Nocke 32 im Ruhezustand so, daß sie die Sprossen 1
nicht beaufschlagt, so daß das Rad 2 frei laufen kann. Wenn die Nocke 32 in nachfolgend
noch zu beschreibender Weise in den Umfang des Sprossenrades 2 hineinbewegt wird,
kann der eine Arm der zwci-niigelig ausgebildeten Nocke 32 an der jeweils nächsten
freiliegenden Lückc zwischen die Sprossen 1 eindringen. Damit die Nocke 32 nicht
zufällig mit ihrer Spitze 145 eine Sprosse 1 des Antriebsrades 2 mittig beaufschlagen
kann, sind, wie F i g. 1 zeigt, die Sprossen über die obere Seitenplatte nach oben
verlängert. Diese Verlängerungen der Sprossen 1 arbeiten mit dem mittels einer Druckfeder
105 abgestützten Schwenkarm 103 zusammen. so daß die jeweils zum Antrieb anstehende
Sprosse 1 der Nocke 32 rollend übergeben wird.
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Die Auswärtsbewegung des bei 104 gelagerten Schwenkarmes 103 wird
mit einem Anschlag 146 so beschränkt, daß die Sprossen 1 gerade noch den Schwenkarm
103 berühren können.
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Die neben der kraftabnehmenden Doppelnocke 32 auf der Nockenwelle
6 angeordnete Steuernocke 4 ist ebenfalls mit zwei einander gegenüberliegenden Armen
versehen. Diese Steuernocke 4 empfängt in nachfolgend noch zu beschreibender Weise
einen Steuerimpuls vom Rotor 20, welcher die Nocke 4 und mit dieser die Nokkenwelle
6 und die Doppelnocke 32 soweit dreht, daß sie von der in F i g. 3 mit ausgezogenen
Linien dargestellten Stellung in die mit gestrichelten Linien dargestellte Stellung
gelangt.
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Wie aus F i g. 5 zu erkennen, arbeitet die Nocke 4 mit einem Tastrad
108 zusammen, welches sich am Ende einer translatorisch in Rollenlagern 37 verschieblichen,
vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeten Stange 31. Diese Stange
31 ist von einer Schraubendruckfeder 35 umgeben, die sich einerseits an einem der
stationären Lager 37 der Stange 31 abstützt und am gegenüberliegenden Ende ein Federwiderlager
38 beaufschlagt, welches fest mit der Stange 31 verbunden ist.
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Das Federwiderlager 38 spannt daher die Feder 35 immer dann, wenn
das Tastrad 108 vom Außenende der Steuernocke 4 beaufschlagt wird.
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Wie F i g. 5 ebenfalls zeigt, arbeitet das Federwiderlager 38 auch
mit einer Sperrklinke 29 zusammen, auf deren Arbeitsweise nachfolgend noch eingegangen
wird. In der zeichnerisch dargestellten Lage der Steuernocke 4 ist die Feder 35
gespannt. Wenn nun in nachfolgend zu beschreibender Weise die Sperrklinke 29 in
Rollenlagern translatorisch nach oben bewegt wird, kann sich die Feder 35 entspannen,
so daß die Steuerstange 31 nach links wandert und mit dem Tastrad 108 die Nocke
in Uhrzeigerrichtung soweit verdreht, daß die zuvor beschriebene kraftaufnehmende
Doppelnokke 32 mit dem Sprossenrad 2 in Eingriff kommt. Durch die Verdrehung der
Doppelnocke 32 über einen Winkelweg von etwa 1800 wird dann auch die Steuernocke
4 weitergedreht, bis sie nach einem Weg von 180° wieder die Stellung gemäß F i g.
5 einnimmt. Bei dieser weiteren Bewegung der Doppelnocke 4 wird die Steuerstange
31 wieder nach rechts bewegt und die Feder 35 gespannt und mittels der wieder eingefallenen
Sperrklinke 29 in gespannter Lage gehalten, bis vom Sprossenrad 2 ein weiterer Kraftimpuls
zu entnehmen ist. Damit die Sperrklinke 29 nicht mit der Feder 35 verhakt, befindet
sich am Federwiderlager 38 eine entsprechende Abdekkung, auf der das vordere Ende
der Sperrklinke 29 gleiten kann. Wann die Sperrklinke 29 zurückgezogen wird, bestimmt
in nachfolgend noch zu beschreibender Weise der Rotor 20.
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Zum Abschalten der Kraftübertragung dient der mit einer Rastvorrichtung
9 versehene Winkelhebel 8 mit dem Handgriff 141. In der in Fig.7 gezeigten Abschaltstellung
blockiert die bei 39 am Hebel 8 angelenkte Sperrstange 140 die Rückbewegung der
Steuerstangen3i (Fig. 7).
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Die dritte, fest mit der Nockenwelle 4 verbundene Nocke 5 ist die
in Fig. 4 vergrößert dargestellte, ebenfalls zweiflüglig ausgebildete kraftabgebende
Nocke 5.
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Diese Nocke 5 ist letztlich dafür verantwortlich, daß der Rotor 20
auf der Rotorwelle 17 mittels des Kurbelarmes 21 und der Pleuelstange 22 einen Antrieb
erhält. Die kraftabgebende Nocke 5 arbeitet mit einem Schwenkhebel 7 zusammen, welcher
eine sich an der Nocke 5 abstützende Tastrolle 111 trägt und um ein festes Lager
112 verschwenken kann. Eine am gegenüberliegenden Arm des Schwenkhebels 7 angeordnete
Zugfeder 113 sorgt dafür, daß die Tastrolle 111 ständig an der Nocke 5 in Anlage
bleibt. Wenn durch Drehung der Nockenwelle 6 in der vorbeschriebenen Weise der Schwenkhebel
7 auf- und abbewegt wird, kommt es zu einer Auf- und Abbewegung des translatorisch
beweglich gelagerten Stößels 11, der sich mit einer Tastrolle 114 an einer Außenkante
des Schwenkhebels 7 abstützen kann. Die Tastrolle 111 kann von einem gabelförmig
ausgebildeten Endteil des Schwenkhebels 7 getragen werden. Da die Tastrolle 114
am Stößel 11 gegenüberliegend zur Nockenwelle 6 angeordnet ist, entspricht der Stößelhub
im wesentlichen der Differenz zwischen der maximalen und minimalen Querabmessung
der Nocke 5. Die Ruhestellung der kraftabhebenden Nocke 5 ist definiert durch eine
mittige Einsenkung oder Mulde 125, in welche die Tastrolle 111 einfallen kann. In
dieser letztgenannten Stellung befindet sich die Steuernocke 4 in der in F i g.
5 dargestellten definierten Lage, in der auch die kraftaufnehmende Nocke 32, die
in F i g. 3 dargestellten Lage einnimmt. Diese letzterwähnten Stellungen sollen
nachfolgend als Wartestellung bezeichnet werden. Das Verlassen der Wartestellung
steuert jeweils in nachfolgend zu beschreibender Weise der Rotor 20.
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Wie F i g. 2 zeigt, ist der translatorisch vom Schwenkhebel 7 bewegte
Stößel 11 in zwei Rollenlagern 10 gelagert. Auch an dem von der Nockenwelle 6 abgelegenen
Ende trägt der Stößel 11 eine Tastrolle 115, welche über einen zwischengeschalteten
Schwenkhebel 28 die translatorische Bewegung des Stößels 11 auf eine Rolle 116 überträgt,
die sich an einem bei 117 stationär gelagerten Schwenkarm 27 befindet. So ergibt
sich bei der Hin- und Herbewegung des Stößels 11 eine Schwenkung des Armes 27 um
das Lager 117. Eine Feder 118 zwischen dem Schwenkarm 27 und dem außenliegenden
Arm des doppelarmig ausgebildeten Schwenkhebels 28 befindet sich eine Zugfeder 118,
welche dafür sorgt, daß die Tastrolle 115 ständig den Schwenkhebel 28 beaufschlagt.
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Der Schwenkarm 27 dient zum Einspeichern der über den Stößel 11 übertragenen
Schubkraft in eine Doppelfederanordnung 14, 14'.
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Die Federanordnung besteht aus Schraubendruckfedern 14, 14', welche
die vom Stößel 11 übertragene Energie so lange speichern, bis diese Energie vom
Rotor 20 gesteuert abgefordert wird. Die in Fig. 1 unten dargestellte Feder 14 stützt
sich wic Fig. 8 und 9 zeigen einerseits an einem Federwiderlager 26, wclchcs fest
mit der Pleuelstange 22 verbunden ist, und andererseits an der Pleuelstangenführung
34 ab. Die Führung 34, die eine Gleitbohrung für das hintere Ende der Pleuelstange
22 aufweist, ist am Schwenkarm 27 derart gelagert, daß die Pleuelstange 22 entsprechend
der Drehbewegung des Kurbelarmes 21 den erforderlichen Winkelweg zurücklegen kann.
Durch die Zwischenschaltung der Federn 14 kann es niemals zu einer schlagartigen
Beaufschlagung der Pleuelstange 22 kommen, denn die Federn 14, 14' werden stetig
gespannt und geben auch nur stetig die dort gespeicherte Druckenergie wieder ab.
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Am Ende der Pleuelstange 22 befindet sich zur Abstützung an der Rückseite
des Schwenkarmes 27 ein Widerlager 40. Die Pleuelstangenführung 34 ist mit ihrem
Rollenlager 36 im Schwenkarm 27 mit Lagerzapfen 41 gelagert, die in Lagerbohrungen
42 ruhen (Fig. 9).
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Die der Feder 14gegenüberliegende Druckfeder 14' stützt sich einerseits
an einem stationären Bauteil 119 und andererseits an einem Federwiderlager 13 ab,
das sich am Außenende des Schwenkarmes 27 befindet. Die Federn 14 und 14' arbeiten
im Betrieb abwechselnd jeweils über einen halben Umlauf des Kurbelarmes 21.
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Wenn sich bei umlaufendem Rotor 20 die Welle 17 und mit ihr auch
der Kurbelarm 21 dreht, bewegt der Kurbelzapfen 120 die Pleuelstange 22 in einem
durch die Kurbelarmlänge definierten Sektor hin und her. Diese Bewegung kann bei
Ansteuerung eines Kraftübertragungsimpulses mittels der in den Federn 14 und 14'
gespeicherten Krnft verstärkt werden. Die Federn 14 und 14' werden bei Vorbewegung
des Stößels 11 mittels der Rollen 115 und 116 des Schwenkhebels 28 und des Schwenkarmes
27 gespannt.
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In der bezüglich der F i g. 1 am weitesten nach rechts verschwenkten
Stellung des Schwenkarmes 27 wird dieser in nachfolgend zu beschreibender Weise
verriegelt.
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In dieser fixierten oder verriegelten Stellung bleibt die obere Feder
14' gespannt, während sich die untere Feder 14 ausdehnen kann, um den Kurbelarm
21 bis zum oberen Torpunkt des Kurbelarmes 21 zu drehen; Wenn die Pleuelstange 22
in der Pleuelstangenführung 34 mittels der Feder 14 soweit vorgeschoben ist, daß
sich der Rotor 20 in seinem oberen Totpunkt befindet (Kurbelzapfen 120, Achse 17
und Zapfen 41 auf einer Linie) und das Widerlager 40 am verriegelten Schwenkarm
27 zur Anlage kommt, wird eine Entriegelung vorgenommen, so daß die Feder 14' den
Schwenkarm 27 zurückbewegen kann, und die Pleuelstange 22 ziehend wirksam wird und
den Kurbelarm 21 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt weiter bewegen kann.
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Sobald der Schwenkarm 27 und die Pleuelstange 22 ihre Rückbewegung
vervollständigt haben, befinden sich auch diese Bauteile wieder in Wartestellung,
in der sich Kurbelarm 21 und Pleuelstange 22 unbelastet von Federkräften hin- und
herbewegen und der Rotor 20 sich drehen kann.
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Die vorstehende Verriegelung und Entriegelung des Schwenkarmes 27
geschieht wie folgt: Wie F i g. 2 und 13 erkennen lassen, ruht die horizontal ausgerichtete
Welle 17 des Rotors 20 in Lagern 153.
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Neben dem oberen Lager 153 (F i g. 2) befindet sich die Riemenscheibe
für den Riementrieb 131, über den der Generator 19 angetrieben wird.
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An dem länger ausgebildeten Nabenteil der Rotorwelle 17 befindet
sich einerseits der-Druckimpulsauslöser 18 und andererseits der Schwenkal m-Entrieglel
16.
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Fig. 2 läßt in Verbindung mit Fig. 12 erkenncll, daß der an seinem
freien Ende mit einer Tastrolle versehene Druckimpulsauslöser 18 immer dann, wenn
sich der Kurbelzapfen 120 im unteren Totpunkt befindet in nachfolgend noch zu beschreibender
Weise für eine Freigabe des Federwiderlagers 38 sorgt. Der Druckim-
pulsauslöser
18 arbeitet mit einem Gelenkbügel t60 zusammen, der an seinem -freien Ende eine
Nocke 155 trägt, die von der Tastrolle des Druckimpulsauslösers 18 überlaufen werden
kann. Der Gelenkbügel 160 ist an einem stationären Halter 24 bei 161 gelagert. Zwischen
Halter 24 und Gelenkbügel 160 befindet sich eine Druckfeder 23, welche die erwähnten
Bauteile auseinanderdrückt. Diese Auseinanderbewegung der Bauteile 24 und 160 ist
beschränkt durch ein Widerlager 156 des Gelenkbügels 160. Der Gelenkbügel 160 steht
über ein Lagerauge 162 mit einer Betätigungsstange 146 in Verbindung, die sich translatorisch
bewegen kann und wie Fig.S zeigt, auf das freie Ende eines zweiarmigen Schwenkhebels
25 einwirkt, der an seinem freien Ende einen -Kugelkopf 163 trägt, der in das gegabelte
Ende der Sperrklinke 29 eingreift. Die erwähnte Feder 23 sorgt dafür, daß die Betätigungsstange
146 immer wieder in eine Wartestellung zurückbewegt wird, die sie nur kurzzeitig
verläßt, wenn der Auslöser 18 die Nocke 155 des Gelenkbügels 160 überläuft. Die
zwischen einem festen Bauteil und dem Schwenkhebel 25 angeordnete Feder 164 sorgt
dafür, daß das freie Ende des Schwenkhebels 25 an der Stirnfläche der Betätigungsstange
146 in Anlage bleibt, wenn die Sperrklinke vorgeschoben ist und eine Entspannung
der Druckfeder 35 verhindert.
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Nach der Übertragung eines Druckimpulses mittels des Druckimpulsauslösers
18 ist auch die Sperrklinke 29 angehoben und kann sich dann anschließend auf dem
Federwiderlager 38 abstützen, bis er erneut zu einer Spannung der Feder 35 kommt.
Im Endeffekt ist festzustellen, daß die von der Sperrklinke 29 gespannt gehaltene
Feder 35 jedesmal dann zur Entspannung kommt und dann die Nocke 4 geringfügig verdrängen
kann, wenn der Druckimpulsauslöser 18 in der unteren Totpunktstellung des Kurbelzapfens
120 die Nocke 155 beaufschlagt.
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Dies heißt mit anderen Worten, daß der Druckimpulsauslöser 18 festlegt,
wann vom Sprossenrad 2 mittels der kraftaufnehmenden Nocke 32 Energie abgenommen
werden soll.
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Eine weitere Ver- und Entriegelung betrifft den Schwenkarm 27, der
ebenfalls in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors 20 betätigt wird. In diesem
Falle befindet sich ebenfalls an der Nabe der Welle 17 des Rotors 20 ein Schwenkarmentriegler
16. Dieser Schwenkarmentriegler 16 ist gegenüber dem Druekimpulsauslöser 18 um 1800
versetzt angeordnet und ebenfalls an seinem freien Ende mit einer Tastrolle versehen,
die jedoch nicht radial, sondern tangential bezüglich der Rotorwelle 17 angestellt
ist und mit einer kleinen Platte 43 zusammenwirkt (vgl. Fig. 10, 11 und 13). Sobald
der Schwenkarmentriegler 16 bei seinem Umlauf mit der Rotorwelle 17 die Platte 43
beaufschlagt, verdreht sich die mit der Platte 43 verbundene Steuerstange 12, die
in dem stationären Lager 157 ruht. Jenseits des von der Platte 43 abgelegenen Lagers
157 ist die Steuerstange 12 kreuzförmig ausgebildet (Fig. 11). Das freie Ende der
Steuerstange 12 greift in eine stationär befestigte Buchse 152 ein, in der sich
ein Drucklager befindet. Dieses Drucklager ist erforderlich, weiL der Axialsehub
der Steuerstange 12 die volle Reaktionskraft der beiden Arbeitsfedern 14, 14' momentan
aufnehmen muß. An einem Kreuzarm 165 befindet sich eine Rolle 150 und am anderen
Kreuzarm 166 ein Widerlager 167 für zwei Schraubenzugfedern 151, die für die Wartestellung
eine Neutrallage der Steuerstange 12 definieren.
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Die soweit beschriebene Schwenkarmentriegelung arbeitet im Betrieb
wie folgt: Wenn der Schwenkarm 27 bezüglich der F i g. 1 maximal nach rechts gedrückt
wird und die Federn 14, 14' gespannt hat, rollt der mit Rolle 150 versehene Kreuzarm
165 hinter die am Schwenkarm 27 angebrachte Platte 15 und arretiert hierdurch den
Schwenkarm 27.
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Diese Verriegelung erfolgt entgegen der Kraft der Federn 151. Hierbei
wird die mit der Steuerstange 12 in Verbindung stehende Platte 43 in Wartestellung
gebracht; sie liegt dann etwa horizontal. Sobald jetzt die Pleuelstange 22 den oberen
Totpunkt erreicht, wird die Druckplatte 43 mittels der Tastrolle des Entrieglers
16 niederdrückt. Da die Kreuzarmrolle 150, da sie mit der Platte 43 verbunden ist.
sich -zur Seite bewegt und dabei die gegenüberliegende Schraubenzugfeder spannt,
wird der Schwenkarm 27 wieder freigegeben.
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Der vorstehend beschriebene Verriegelungs- und Entriegelungsvorgang
erfolgt jeweils nur ein einziges Mal bei einer vollen Umdrehung des Rotors 20.
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Der Druckimpulsauslöser arbeitet am unteren Totpunkt, um den Schwenkarm
anzudrücken, und der Schwenkarmentriegler am oberen Totpunkt, um den -Schwenkarm
für die Rückwärtsbewegung wieder freizumachen. Auch der Druckimpulsauslöser arbeitet
jeweils nur ein einziges Mal je voller Umdrehung der Rotorwelle.
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