DE534341C - Verfahren zur Umwandlung von im Kreise schwingender Energie in Drehenergie - Google Patents

Description

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß schwingungsfähige Gebilde, die bei wechselnder Belastung ihren Schwingungsausschlag (die Schwingungsamplitude) ändern und ihre Schwingungszahl dabei vollkommen oder nahezu beibehalten, in Kombination mit rotierenden Systemen, z. B. wenn ein solch schwingendes System zwischen zwei rotierende Systeme geschaltet wird, ganz all-

gemein als automatische Übersetzungsgetriebe wirken:

Bei der -praktischen Durcharbeitung einer solchen Kombination erkennt man aber weiterhin, daß, wenn man die schwingende Energie samt ihren charakteristischen Wegänderungen (Ausschlagänderungen) auf ein rotierendes System zu übertragen versucht, dies nach dem seitherigen Stande der Technik entweder ein Organ sein muß, das nach Art des Freilaufes mit größerem oder kleinerem Schritt an den Rotationsbewegungen teünimmt, oder ein solches Organ erfordert, welches je nach dem Widerstand zu schlüpfen vermag.
Die erste Lösung bedeutet eine gewisse Komplikation und erfordert die Anwendung von Präzisionsfreilauf Organen; die zweite dagegen verbraucht beim Schlüpfen nicht unbedeutende Leistungen, erzeugt daher Wärme und ergibt schlechte Wirkungsgradverhältnisse.

Gegenstand der Erfindung ist eine neue Methode zur Leistungsübertragung zwischen schwingenden und rotierenden Systemen bzw. Vorrichtungen zur Ausübung dieser Methode, die nach obigem als Kombination schwingender und rotierender Systeme Getriebe zur automatischen Übersetzungsänderung darstellen.

Erreicht wird die gewünschte Wirkung dadurch, daß ein eine Kreisschwingung aus^ führender Massenkörper ein ringförmiges, elasti- ·, sches Mittel mittels des ihn umgebenden Wälzkörpers periodisch an seinem Umfange zusammendrückt, so daß der Wälzkörper zum Planeten eines Umlaufgetriebes wird, der bei selbsttätig veränderlicher Exzentrizität sich am .Sonnenrade abwälzt und bei Drehbehinderung eines Gliedes des Umlaufgetriebes am Dritten eine Drehkraft erzeugt. Die Drehkraft rührt von einer Komponente der exzentrischen Schwingungsmasse her. Ihre Größe ist abhängig von dem" Grade der Zusammendrückung, d. h. der Schwingungsamplitude, und diese wieder abhängig von der Schwingungsdämpfung, d. h. der Belastung.

Fig. ι zeigt im Längsschnitt und von der Seite ein -Ausführungsbeispiel. 1 ist die erregende biegsame Welle, deren Endstück in dem als= Hohlkörper ausgebildeten schwingenden Massenkörper 2gelagert ist. Auf diesem Ende der Welle 1 ist die Gewindespindel 3 mit der exzentrischen Masse 4 befestigt, deren Tragheitsmoment und Wuchtwirkung einstellbar ist, 5 ist ein am Hohlkörper 6 befestigter elastischer Ringkörper aus Gummi, der etwa einem Vollgummireifen ähnelt und der den Hohlkörper 2 umschließt. Der Hohlkörper 2 ist vermittels zweier Kuppelflansche 7 und 9 und eines dazwischenliegenden Kuppelringes 8 mit der Welle 10 so verbunden, daß er in radialer, aber nicht

534841

in tangentialer Riclitung ausweichen kann und somit bei Rotationsbewegungen die Welle io zwangsläufig mitnimmt. Wenn auch Kupplungen, die diesen Bedingungen entsprechen, bekannt sind, ist noch der Vollständigkeit halber eine Ausführungsform in Fig. 2 dargestellt. Das in .Fig. ι dargestellte Getriebe arbeitet, wenn der Hohlkörper 6 auf irgendeine Weise am Umlaufen verhindert wird, wie folgt:

Die exzentrische Masse 4- bewirkt beim Umlauf eine Schwerpunktsverlagerung des gesamten Hohlkörpers 2 im Tempo ihrer Tourenzahl, d. h. das elastische Mittel 5 wird an· seinem Umfange durch die Wirkung der Masse 4 vom Hohlkörper zusammengepreßt. Da diese Zusammenpressung des elastischen Mittels 5 mit konstanter-Phasenverschiebung hinter der umlaufenden Masse her erfolgt, so wälzt sich der Ringkörper 2 im Bewegungszustande auf dem

ao Ringkörper 5 ab, und zwar auf einem größeren Radius, als der Radius des Hohlkörpers 2 und derjenige des elastischen Ringkörpers im Ruhezustande ist. Bei einer Durchbiegung f muß, wenn der Abwälzradius des Gummihohlkörpers praktisch R und derjenige des schwingenden Hohlkörpers r ist, pro Umlauf der exzentrischen Masse jedesmal eine Differenz in den Wegstrecken von *■-.:■ '

χ = (2R · π — 2r ' π) = (222 —.2τ)-· π = zf · π

eintreten. Um diese Wegstrecke muß der Radius des Hohlkörpers 2 gegenüber demjenigen des Ringkörpers 6 je einmaligen Umlauf der Masse zurückbleiben.

Das jeweilige Übersetzungsverhältnis errechnet sich somit aus

R- π

.zf-.π- .

d.h. der Umlauf des Gummiringes zur Welle 1 verhält sich somit wie -L· . Da aber f ein veränderlicher Ausschlag ist, der sich je nach dem Widerstände ändert, so ändert sich auch im

4-5 selben Maße das Übersetzungsverhältnis, mit anderen Worten, die Masse 2 führt im Innern des elastischen " Ringkörpers 5 Schwingungen aus, die praktisch" den Innenradius des Ringkörpers 5 vergrößern und dementsprechend einen Abwälzungsvorgang hervorrufen. Die Größe der Durchbiegung des Ringkörpers 5 bzw. der Amplitude f ist abhängig von der Dämpfung,

. die die Gesamtanordnung erfährt, d. h. also von dem Widerstand, den die gesamte Anordnung zu überwinden hat. - Ändert sich dieser Widerstandkontinuierlich, so ändert sich entsprechend mit ihm die Schwingungsamph'tüde und Durchbiegung f und im selben Verhältnis die Übersetzung. Das beschriebene Getriebe wirkt somit als ein "sich .automatisch einstelltendes kontinuierliches Übersetzungsgetriebe.

Hält man den Ringkörper 6 und das an ihm befestigte elastische Mittels fest, so führt der Hohlkörper 2 eine Drehung aus, die zu derjenigen der exzentrischen Masse entgegengesetzt gerichtet ist.' Spannt man dagegen die Welle 10 etwa an der Riemenscheibe 11 fest und hindert somit den Hohlkörper 2 Drehbewegungen auszuführen, während man ihm gleichzeitig gestattet, in radialer Richtung zu schwingen, so bewirkt der Abwälzvorgang einen Umlauf der Ringkörper 5 und 6 im Sinne der erregenden exzentrischen Masse.

Man kann also beispielsweise als praktische Anwendung der vorliegenden Erfindung zwei Räder eines Fahrzeuges etwa nach dem in Fig. 3 dargestellten Schema ausführen. Beim Umlauf der beiden Massen 4,.. die um 180 °. gegeneinander versetzt sind,"führen die beiden Hohlkörpern, die durch entsprechende Kupplungen gehindert werden, sich zu drehen, Kreisschwingungen aus, durch die ein" Abwälzvorgang entsteht, der die beiden Radkränze 6 antreibt. Da jeder Radkranz seine Umlaufgeschwindigkeit nach dem jeweils vorhandenen Widerstand einstellt, arbeitet die Vorrichtung beim Kurvenfahren, bei dem bekanntlich die beiden Räder verschiedenen Widerstand finden, auch gleichzeitig nach Art eines Differentials. / ■ ;

„ Es ist gleichgültig, ob der elastische Ringkörper 5 an dem starren Ringkörper 6 befestigt wird, so daß der Körper 2 eine kombinierte Schwing- und Wälzbewegung ausführt, oder ob der Ringkörper 5 an dem Hohlkörper 2 befestigt ist und der Wälzvorgang zwischen ,dem Körper 5 "und dem starren Körper 6 vor sich geht. Nur .die Beanspruchung des elastischen Mittels ist im letzterwähnten Falle nicht so günstig wie im ersten. Der elastische Ringkörper 3 kann auch als Hohlkörper, z. B. nach Art ' eines Pneumatikreifens, ausgebildet Werden. " In Fig. 4 sind vier der in Fig. 1 dargestellten Getriebe so miteinander verkuppelt, daß sich der Einfluß der schwingenden Systeme sowohl als auch der Einfluß der exzentrischen Massen gegeneinander aufhebt.· Diese Massen, von denen zwei gleichgerichtet und zwei den ersten gegenüber um 180° versetzt sind, erzeugen innerhalb der schwingungsfähigen Gebilde mit derselben Phasenverschiebung" Schwingungen, die sich ebenfalls nach außen hin in bezug auf Kraft- und Massenwirkung ausgleichen, ohne daß im einzelnen der Schwingungsvorgang oder der Wälz- bzw. Rotationsvorgang gestört würde. Getriebe nach Fig. 4 eignen sich besonders für Fahrzeuge und Arbeitsmaschinen, die nicht erschüttert werden dürfen, deren Übersetzung sich jedoch je nach dem Widerstand selbsttätig einstellen soll, z. B. bei Lastautos, Grubenlokomotiven, Hebezeugen, Hobelmaschinen, Drehbänken usw.
Wenn in Fig. 3 -ein Schlepper mit zwei in bezug

auf Kraft- und Massenwirkung unausgeglichenen Getrieben ausgerüstet ist, so wird hier, im Gegensatz zu den vorgenannten Beispielen, die periodische Kraft- bzw. Massenwirkung dazu ausgenutzt, um den Druck des Schleppers auf den Boden periodisch zu vergrößern; die Zugkraft eines Schleppers mit Gleichkraftantrieb beruht lediglich auf der durch das Schleppergewicht hervorgerufenen Haftkraft der ίο Triebräder an der Fahrbahn. Erhöht man diese Adhäsion wie im vorliegenden Falle durch periodische Kraftwirkung, so erhöht sich die Zugkraft des Schleppers.

In Abb. 5 ist dieser Vorgang durch eine i5' Kurve veranschaulicht. Die Zugkraft eines Gleichkraftschleppers soll der Ordinate y entsprechen; da bei Anwendung des Gleichkraftprinzips diese Zugkraft stetig und dauernd ausgeübt wird, so beträgt die in der Zßit χ ge-

«o leistete Arbeit A = χ · y. Wird bei Anwendung des Wechselkraftprinzips im Sinne der vorliegenden Erfindung durch periodische, etwa nach dem Sinusgesetz verlaufende Kraftwirkung die maximale Reaktionskraft auf y_x = o,y erhöht, so entsteht eine Arbeitskurve, die etwa dem Verlaufe der Kurve O, A, B, C₁D₁E .... usw. folgt. Das durch diese Kurve umschlossene Arbeitsdiagramm entspricht seinem Inhalt nach dem Arbeitsdiagramm χ · y, da man den Abschnitt ABC durch i8o°ige Drehung in die Lage ODE bringen kann. Die abgegebene Arbeit ist also die gleiche geblieben, während der Druck und dementsprechend die Adhäsion zwischen Rad und Fahrbahn für eine Zeit auf das Doppelte gestiegen ist. Da die Zugkraft eines Schleppers lediglich von der maximalen Kraft und nicht von der Arbeit abhängig ist und die Maximalkraft bei schwingüngsfähigen Gebilden auf ein Vielfaches ansteigen kann, so erhöht sich die Zugkraft entsprechend.

Die in Fig. 2 dargestellte Kupplung besteht aus den beiden Kuppelscheiben 7 und 9 und einer strichpunktierten Zwischenscheibe 8 von quadratischer Form.

Auf der Kuppelscheibe 7 sitzen vier Rollen 14, die die Zwischenscheibe 8 so umschließen, daß sie nur in einer Richtung Bewegungen zur Kuppelscheibe 7 auszuführen vermag. Auf der Kuppelscheibe 9 sitzen vier Rollen 15, die die Zwischenscheibe 8 so umschließen, daß eine Verschiebung zwischen 8 und 9 in einer Richtung möglich ist, die mit der ersterwähnten einen rechten Winkel einschließt. Die Kupplung gestattet somit Verschiebungen zwischen 7 und 9 in jeder beliebigen radialen Richtung, dagegen verhindert sie jede Drehbewegung zwischen 7 und 9.

Will man schwingende Bewegungen in rotierende Bewegungen umwandeln, ohne hierbei eine selbsttätige Ubersetzungsänderung zu erzielen, so kann man gemäß der Erfindung nach Fig. 6 den Schwingungskörper zwei Kreisschwingungen von gleichbleibender Amplitude dadurch ausführen lassen, daß man ihn beispielsweise auf einer Kurbel 17 umlaufen läßt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umwandlung von im Kreise schwingender Energie in Drehenergie, dadurch gekennzeichnet, daß in dem schwingungsfähigen Gebilde zwischen der Masse und den elastischen Mitteln ein Abwälzvorgang stattfindet, der bei Drehbehinderung des einen Schwingungsgliedes am anderen eine Drehkraft erzeugt.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i," dadurch gekennzeichnet, daß die Masse im Innern eines ringförmig gestalteten elastischen Mittels gelagert ist und im Schwingungszustand den Radius des elastischen Mittels erweitert und dementsprechend eine Abwälzbewegung auf dem elastischen Mittel ausführt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse als ringförmiger Körper außen und das ringförmige elastische Mittel innen gelagert ist, so daß im Schwingungszustand der Radius des elastischen Mittels verkleinert und .dementsprechend eine Abwälzbewegimg hervorgerufen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Masseals Hohlkörper ausgebildet ist, innerhalb der eine Unbalance als lose Kopplung rotiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lose Kopplung mit äußeren Kraftquellen durch Kuppelscheiben oder eine biegsame Welle verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Getriebe mit i8o°iger Phasenverschiebung so miteinander gekuppelt werden, daß sich die Kraft- und Massenwirkungen der sich drehenden und schwingenden Teile aufheben.

7. Verfahren zur Erhöhung der Zugkraft von Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5 no zum Antrieb verwendet wird, deren unausgeglichene Massen periodisch mit den Schwingungen die Haftkräfte auf der Fahrbahn erhöhen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen