<Desc/Clms Page number 1>
Aus zwei relativ zueinander sich bewegenden Systemen bestehendes Getriebe.
Es ist bekannt, zur Übertragung von Kräften oder Bewegungen Beschleunigungskräfte von bewegten Massen zu verwenden. Meistens spielt bei Vorrichtungen dieser Art die kinetische Energie der betreffenden Masse eine mehr oder weniger wichtige Rolle, d. h. die Masse wird Änderungen in der Grösse ihrer Geschwindigkeit unterworfen. Diese Geschwindigkeitsänderungen bedingen Beschleunigungskräfte, welche durch ihre Rückwirkung auf andere Organe die Bewegungen dieser Organe beeinflussen können. Sobald aber die Massen, die im Spiel sind, in der Grösse ihrer Geschwindigkeit Änderungen
EMI1.1
irgendeiner Masse stattfindet, so dass für Geschwindigkeitszunahme oder-abnahme gar keine Beschleunigungskräfte in Frage kommen und nur Beschleunigungskräfte auftreten infolge Änderung der Richtung der Geschwindigkeit.
Die Arbeitsübertragung findet statt durch die wechselseitige Einwirkung von zwei
EMI1.2
Translation und die andere eine kreisförmige Rotation.
Dementsprechend sind die zwei das Getriebe nach der Erfindung bildenden Systeme 7 und 11 so miteinander verbunden, dass das System 11 gegenüber dem System I sich bewegen kann, so dass die Kraftwirkung von I auf 11 durch die Wechselwirkung der Fliehkräfte beider Systeme erfolgt. Es ist hiedurch möglich, die Übertragung derart durchzuführen, dass die Maschine ausgewuchtet ist, welche Möglichkeit eben darauf beruht, dass die Fliehkräfte innerhalb des aus I und 11 bestehenden, bewegten Gesamtsystems praktisch vollständig zur Kraftübertragung ausgenutzt werden können, so dass sie nicht mehr imstande sind, störende Wirkungen hervorzurufen, die durch besondere Massnahmen beseitigt werden müssten.
In Fig. 1 stellt 1 das primäre System dar. Um die festen Punkte A und B können die Treibstangen zu 0 und B D schwingen. Das System I ist mit den Punkten C und D an den freien Enden der Stangen A C und B D aufgehängt. Wenn z. B. die Stange A C durch äusseren Antrieb in drehende Bewegung gebracht wird, führen die Punkte C und D von System I um die Punkte A und B Kreisbewegungen aus, welche A C bzw. B D als Halbmesser haben.
Wenn C= B D, A B =C'D, A C gleichgerichtet ist mit B D und die Bewegungen sich in einer Planfläche abspielen, so führen alle Punkte von System I kongruente translative Kreisbewegungen aus. Sei der Halbmesser dieser Bewegung mit a. die Winkelgeschwindigkeit konstant und mit M bezeichnet, so sind die Umlaufgeschwindigkeiten aller Punkte von System I gleich as, die Beschleunigungen atop.
11 stellt das sekundäre System dar, dessen Schwerpunkt in E liegt. Mittels der Stange E F ist die in E konzentriert gedachte Masse m des sekundären Systems an Punkt F des primären Systems drehbar aufgehängt. Die Masse m kann also mit dem Halbmesser F jE = & nm den Punkt F von System 7 eine relative Drehbewegung ausführen.
Wenn diese relative Drehbewegung keine Arbeit erfordert, d. h. nicht zum Antrieb eines arbeitverbrauchenden Arbeitswerkzeuges ausgenutzt wird und die Bewegungen reibungslos erfolgen, so wird
<Desc/Clms Page number 2>
(etwaiger Einfluss der Schwerkraft ausser Beachtung gelassen) FE mit A C und B D gleichgerichtet sein, also die gestrichelt angegebene Stellung F E'einnehmen und das Tempo der relativen Rotationsbewegung dem Tempo der primären Translationsbewegung gleich sein, also auch die Rotation mit konstanter Winkelgeschwindigkeit # ausgeführt werden.
Die absolute Geschwindigkeit des Schwerpunktes der Masse m in der Stellung E'wird die rechnerische Summe der primären und sekundären Geschwindigkeiten sein, aoo + #+#=(a+b)#, die Beschleunigung die rechnerische Summe der beiden Beschleunigungen a#2+b#2=(a+b)#2 und der Schwerpunkt der Masse m wird eine rotierende Bewegung ausführen um den festen Punkt (Drehzentrum) G mit (a + b) als Halbmesser.
In der bezeichneten Lage der Masse m kann weder die Gesamtfliehkraft m (a + b) #2, noch eine der beiden Komponenten m < : M bzw. m. eine der beiden Bewegungen beeinflussen, d. h. sie ist nicht imstande, bei der relativen Rotationsbewegung Arbeit zu leisten bzw. der primären Translationsbewegung einen Widerstand zu bieten.
Es ist aber möglich, die relative Rotationsbewegung für eine Arbeitsübertragung anszunutzen. um irgendeine Pump-, Verdichtungs-oder sonstige Arbeit in einer durch die beiden Systeme nebst allenfalls entsprechenden Zwischenorganen gebildeten Maschine zu leisten.
Für die Übertragung dieser Arbeit ist nötig, dass das System II gegenüber der Stellung F F nacheilt. In Fig. 1 ist der Nacheilwinkel mit # bezeichnet.
Wenn die auszuführende Arbeit in ihrer Grösse gleichbleibend und gleichförmig ist, so ändert 'sich auch der Winkel # nicht und die Rotation hat wiederum das gleiche Tempo wie die Translation und wird wieder mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit # ausgeführt.
Die Translations-und die Rotationsgesehwindigkeiten des Schwerpunktes der Masse m fallen nunmehr aber nicht in die gleiche Richtung, sondern sind um den Winkel a gegeneinander gedreht. Die Masse m bleibt um den festen Punkt G rotierend, aber der Halbmesser dieser Kreisbewegung hat sich von G E'auf G E verkleinert.
Die Fliehkraft sucht den Halbmesser G E auf die grösste Länge G E'zu verlängern, also den Winkel or zu verkleinern. Sie kann dabei in der Richtung der Rotationsbewegung Arbeit leisten.
In dem hier angenommenen Sonderfall lässt sich die Arbeitsmenge, welche übertragen werden kann, rechnerisch sehr einfach bestimmen.
EMI2.1
Da die kinetische Energie der Masse'In sich nicht ändert, so muss die Arbeit, welche die Masse M abgibt, von aussen zugeführt werden. Es lässt sich wieder auf einfache Weise rechnerisch nachweisen. dass diese Arbeitsmenge der Masse m nicht unmittelbar zugeführt zu werden braucht, sondern die Arbeits- übertragung über System 7 erfolgen kann.
Es wird die Gesamtfliehkraft Q, die einerseits treibend auf die relative Rotationsbewegung wirkt. anderseits mit gleicher Intensität auf die primäre Translationsbewegung bremsend wirkt.
Offenbar ist es bei dieser Bremsung jetzt die primäre Fliehkraft m a#2, welche nicht aktiv wirken
EMI2.2
Richtung der primären Bewegung der Masse m bzw. der ihres Aufhängepunktes F entgegengestellt ist, also der Bewegung des Systems 1 für die Zeiteinheit eine Widerstandsarbeit leistet, die durch das Produkt m b#2 sin or. ago gegeben wird. Indem diese Arbeitsmenge dem System 1 von aussen zugeführt wird, z. B. mittels der Treibstange A 0, wird das sekundäre System in den Stand gesetzt, genau diese gleiche Arbeit bei seiner relativen Bewegung gegenüber System 1 zu leisten, ohne dass ein unmittelbarer Antrieb des Systems 11 von aussen nötig ist, und ohne dass die kinetische Energie von irgendeiner Masse irgendeine Änderung erleidet.
Allgemeiner kann das Prinzip, um das es sich handelt, wie folgt angedeutet werden.
Das System 11, das für unmittelbaren Antrieb entweder unzugänglich oder weniger geeignet ist, steht mit der Aussenumgebung in keinerlei unmittelbarer Verbindung (wie z. B. durch Zahnrad, Riemenantrieb, Kurbelantrieb). Die Kraft, welche auf die Masse m ausgeübt werden muss, um diese Masse ihre tatsächlich stattfindende Bewegung ausführen zu lassen, welche Kraft der sogenannten Fliehkraft gleich und entgegengesetzt gerichtet ist, kann also nur von System 1 geliefert werden, u. zw. teilweise mittels der Stange F E, teilweise durch die von und zwischen beiden Systemen gebildete Pump-oder sonstige Vorrichtung, wovon z. B. das Gehäuse einen Teil des Systems 1 ausmachen oder damit fest verbunden sein kann und der Kolben durch das System 11 gebildet oder damit verbunden sein kann.
Die von System 1 ausgehenden Kräfte müssen also eine Resultante aufweisen, welche durch den Punkt E geht und der Fliehkraft in Grösse gleich und in Richtung entgegengesetzt ist.
Es ist nun für die Gleichgewichtsbedingungen dasselbe, wenn statt der von verschiedenen Punkten des Systems I ausgehenden Kräfte, das System 1 eine unmittelbar im Punkt E auftretende Kraft ausübt,
<Desc/Clms Page number 3>
wenn also in dem zum System 11 gehörenden Punkt E wirkende Gesamtfliehkraft Q unmittelbar auf einen mit diesem Punkt zusammenfallenden Punkt E von System I einwirkt. Wenn dieser primäre Punkt E eine Translationsbewegung ausführt mit H als augenblicklichem Krümmungsmittelpunkt, so wird diese Bewegung also durch ein, aus dem Produkt der Gesamtf ! iehkraft Q und dem von H auf die Richtung der Fliehkraft Q gefällten Lot H J == Cy gebildetes Moment gebremst.
In der Richtung der relativen Rotation wirkt das aus der Gesamtfliehkraft Q und dem aus dem Punkt F auf die Fliehkraftrichtung gefällten Lot F K = C2 gebildete Moment treibend. In dem in Fig. 1 gezeichneten Sonderfal], wo keine kinetische Energie der Masse m für Arbeitsleistung verbraucht wird, ist, wie ans der Kongruenz der Dreiecke G F K und E H J ersichtlich ist, el = c2.
Wenn der Nacheilwinkel # immer ein und denselben gleichbleibenden Wert hat, macht die Ausbalancierung der Masse In keine Schwierigkeiten. Die Fliehkraft ist in ihrer Grösse eine gleichbleibende Kraft. sie geht immer durch einen und denselben festen Punkt G unter gleichbleibender Phasenverschiebung gegenüber der Richtung der Antriebsstange des primären Systems. Der Punkt G kann zwischen die Punkte A und B gelegt werden oder mit einem dieser beiden zusammenfallen. Die Fliehkraft der Masse m kann in diesen Fällen restlos durch Schwungmassen ausbalanciert werden, die auf den Stangen A C und B D bzw. auf einer dieser beiden unter entsprechendem Nacheilwinkel aufgekeilt sind.
Wenn sieh der Winkel a ändert, entweder weil die Arbeitsintensität pro Umdrehung sich periodisch
EMI3.1
Umlanfverdichter angetrieben werden muss. oder weil äussere Betriebsverhältnisse die zu übertragende Arbeitsmenge beeinflussen, so wird das Problem der Ausbalancierung schwieriger.
Für die Arbeitsleistung A pro Zeiteinheit bei gleichbleibendem Winkel a gilt, wie abgeleitet ist, die Gleichung A = m a i !) M sin a.
In diesem Ausdruck kommen fünf verschiedene Elemente vor, welche konstruktiv zu beeinflussen sind. Davon ist # in vielen Fällen von vornherein mehr oder weniger festgelegt, z. B. wenn es sich um einen unmittelbaren Antrieb von Maschinen mit Elektromotoren handelt.
In der Wahl der vier andern Faktoren m, a, bund sin a besteht grössere Freiheit. Im folgenden soll festgestellt werden, wie diese Faktoren zu wählen sind, damit für die Ausbalancierung günstige Verhältnisse erhalten werden.
Es sei zuerst angenommen, dass die Arbeitsentnahme sich während des Verlaufs einer Umdrehung nicht ändert, aber dass je nach den äusseren Betriebsverhältnissen grössere oder kleinere Arbeitsmengen zu übertragen sind.
Der Winkel a, der für jede Umdrehung gleichbleibend ist, kann also verschiedene Werte haben.
Es kann rechnerisch verfolgt werden, auf welche Weise eine solche Änderung des Winkels oder vielmehr eine Änderung der in der Zeiteinheit zu übertragenden Arbeitsmenge die Ausbalancierung beeinflusst.
Wenn bei einem bestimmten Winkel a die Fliehkraft Q durch Gegengewichte vollkommen aus-
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
EMI3.5
EMI3.6
EMI3.7
EMI3.8
EMI3.9
EMI3.10
EMI3.11
EMI3.12
Der Wert von 450 bildet für # gewissermassen einen kritischen oder Grenzwert, was noch deutlicher hervorgeht, wenn ebenfalls der Ausdrmk für die zu übertragende Arbeit, worin der Sinus figuriert,
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
des Winkels CI. die Grösse der zu übertragenden Arbeitsmenge entsprechend weniger beeinflussen.
Eines der wichtigen Merkmale der Erfindung ist nun, dass das Produkt aus der die relative rotierende Bewegung ausführende Masse, dem Halbmesser dieser relativ rotierenden Bewegung, dem
EMI4.2
EMI4.3
EMI4.4
EMI4.5
EMI4.6
Neben dem Winkel or spielt auch die Geschwindigkeit der Masse m, deren Grösse durch den Ausdruck
EMI4.7
EMI4.8
Diese Geschwindigkeit, die im Ausdruck für d Q mit der Potenz (-1) vorkommt, erscheint im Ausdruck für die Fliehkraft mit der ersten Potenz, dazu noch mit o) multipliziert.
EMI4.9
EMI4.10
zur Folge hat, lässt also trotz Ansteigen der Fliehkraft selbst in starker Proportionalität als diese Geschwindigkeit, die Änderungen der Fliehkraft in Proportionalität mit der Geschwindigkeitszunahme abnehmen.
Bei den Maschinen, welche mit dem Getriebe nach der Erfindung ausgerüstet sind, wird darauf
EMI4.11
als konstruktiv zulässig ist.
Bei den vorstehend behandelten Vorgängen hat die kinetische Energie der Masse m überhaupt keine Rolle gespielt. Es eignet sich also die hier angedeutete Wirkungsweise in erster Linie für die Übertragung von Arbeit, wobei das Antriebsmoment sich über den Verlauf einer Umdrehung nicht ändert.
Wenn aber die Arbeitsintensität Schwankungen unterworfen ist, die sich periodisch bei jeder Umdrehung wiederholen, so kommt die kinetische Energie der Masse m in Betracht und die Vorgänge werden wesentlich schwieriger.
EMI4.12
EMI4.13
EMI4.14
Sehwungmasse m des Systems 1I derart angeordnet und ausgebildet ist, dass der Halbmesser der Rotationsbewegung seines Schwerpunktes selbsttätig veränderlich ist.
Bisher ist die Anwendung des Getriebes für eine Arbeitsmaschine behandelt. Im wesentlichen gelten diese Ausführungen aber auch für die Ausnutzung des Getriebes für eine Kraftmaschine, wobei allerdings der Winkel a ein Voreilwinkel wird.
Der Erfindungsgegenstand ist in den Fig. 2-8 an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert.
Fig. 2 zeigt die Anwendung des Getriebes auf eine, an einem bewegten Maschinenteil angeo dnete Schmier- ölpumpe. Fig. 3 und 4 zeigen einen nach der Erfindung gebauten mehrsehaufligen olbenverdichter
EMI4.15
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
<Desc/Clms Page number 6>
Um das Gehäuse ? an einer Umlaufbewegung zu verhindern, ist eine beweglich gelagerte Führungstange 79 vorgesehen. Im Verdichtungszylinder 78 ist das Druckventil mit 80, das Saugventil mit 81 bezeichnet. Die Zuführung des zu verdichtenden Mittels erfolgt durch die Leitung 82, die Wegführung des verdichteten Mittels durch die Leitung 83.
Bei den in den Fig. 3-7 dargetellten Maschinen sind die Zu-und Abfuhrleitungen für die Gase, welche verdichtet werden, bei den zwei ersten Maschinen auch die Leitungen für Zuführung des Schmier- öles, zum Teil durch federnde Zwischenorgane gebildet. Es ist möglich, auch bei hoher Umlaufzahl diese federnden Organe so auszubilden, dass sie die auftretende Beanspruchung anstandslos aushalten können und auch keine Ermüdungserscheinungen auftreten. Immerhin ist z. B. wegen verborgener Materialfehler ein Bruch in Ausnahmefällen nicht ganz ausgeschlossen.
Damit die Ladung dann nicht in kurzer Zeit ins Freie entweichen kann, kann das Gehäuse, in dem die federnden Organe untergebracht sind und das nach aussen nicht luftdicht verschlossen ist, mit einer Ableitung 89 (Fig. 7) versehen sein, welche ins Freie führt oder nach der Kanalisation für die Kühlwasserabfuhr oder an eine sonstige Stelle,
EMI6.1
handelt, durch Wasser absorbiert werden. kann.
Fig. 8 zeigt die Anordnung der mit veränderlicher Exzentrizität des Schwerpunktes arbeitenden
EMI6.2
EMI6.3
EMI6.4