<Desc/Clms Page number 1>
Drehstabenergiespeicher
Es sind Drehstabenergiespeicher bekannt, die aus zwei gegeneinander verdrehbaren Drehstabträgern und einem diese beiden Drehstabträger miteinander verbindenden Torsionsglied, z. B. einem Drehstab bestehen. Die Drehstabenergiespeicher sind besonders vorteilhaft, weil sie eine nahezu unbegrenzt lange Speicherfähigkeit für die Energie aufweisen und einen einfachen Aufbau sowie eine kleine Masse haben.
Sollen solche Drehstabenergiespeicher grosse Arbeitsvermögen bei grossen Drehwinkeln speichern, so müssen die Drehstäbe eine verhältnismässig grosse Länge haben. Deshalb beanspruchen sie viel Platz und sind in Geräten und Maschinen mit normalen Abmessungen kaum oder nur mit grossen Schwierigkeiten unterzubringen. Es ist daher schon vorgeschlagen worden, an Stelle eines Drehstabes ein Bündel aus einzelnen Drehstäben zu verwenden.
Ferner sind Federeinrichtungen mit Biegestabenergiespeichern für schwingende Teile beliebiger Art bekannt, welche aus zwei gegeneinander verdrehbaren Stabträgem bestehen, die durch zwei oder mehrere biegsame senkrecht zur Achse des Energiespeichers angeordnete Stäbe miteinander verbunden sind.
Diese Verbindungsstäbe werden durch Biegekräfte beansprucht und werden vorteilhaft an einem Ende im Stabträger drehbar gelagert. Diese Federeinrichtungen liefern die erforderlichen Energien bei ihrer Betätigung aus der Biegearbeit der Biegestäbe. Diese Energiespeicher haben den Nachteil, dass sich die Biegestabträger nur um einen kleinen Winkel gegeneinander verdrehen lassen, und dass das Arbeitsvermögen eines Biegestabes verhältnismässig gering ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehstabenergiespeicher zu schaffen, der die Nachteile der oben beschriebenen Dreh- und Biegestabenergiespeicher vermeidet, der also einen grossen Verdrehungswinkel der Stabträger gegeneinander zulässt und ein grosses Arbeitsvermögen hat.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Drehstabenergiespeicher, welcher aus zwei gegeneinander verdrehbaren Drehstabträgern besteht, die durch ein Torsionsglied aus zwei oder mehreren symmetrisch zur Drehachse des Energiespeichers angeordneten Drehstäben miteinander verbunden sind.
Die Erfindung besteht darin, dass die einzelnen Drehstäbe nach Art einer Schraubenlinie zwischen den beiden Drehstabträgern untordiert derart eingesetzt sind, dass bei einer Verdrehung der Drehstabträger die einzelnen Drehstäbe tordiert werden.
Der besondere Vorteil der Erfindung ist daraus zu ersehen, dass ein auf Torsion beanspruchter Stab ein Arbeitsvermögen hat, das etwa viermal so gross ist wie das Arbeitsvermögen eines auf Biegung beanspruchten Stabes, und dass durch das Einsetzen der Drehstäbe nach Art einer Schraubenlinie eine Verdrehung der beiden Biegestabträger um einen Winkel möglich ist, der mindestens doppelt so gross wie der Winkel bei den bekannten Energiestabspeichern ist.
Die Enden der Drehstäbe können in an sich bekannter Weise verdickt ausgeführt sein. Gemäss der weiteren Erfindung haben diese Verdickungen einen solchen Querschnitt. dass sie in einem Sektor Platz finden, welcher von zwei von der Drehachse ausgehenden an den Kreisquerschnitt des Drehstabes anliegenden Tangenten gebildet wird. Die beiden Enden jedes Drehstabes können senkrecht zur Drehstabachse umgebogen und die umgebogenen Enden in Richtung der Drehstabachse gesehen gegeneinander um 900 versetzt sein. Je nach dem Abstand der Einspannstellen der Stäbe auf den beiden Drehstabträgern von der Achse des Energiespeichers können die Drehstäbe die Oberfläche eines Kegels oder vorteilhafterweise die
<Desc/Clms Page number 2>
Oberfläche eines Zylinders bilden. Im letzten Falle können für die Drehstabträger gleichartige Teile ver- wendet werden.
Bei der Aufladung des Energiespeichers werden die Drehstabträger gegeneinander in sol- cher Richtung verdreht, dass die schraubenlinienförmige Verbiegung der Drehstäbe zunächst verringert wird, wobei die Drehstäbe tordiert werden. Vorzugsweise erfolgt diese Verdrehung um einen solchen Win- kel, dass die Drehstäbe über die Strecklage hinaus zu einer Schraubenlinie gebogen werden, die zu der ursprünglichen Schraubenlinie entgegengesetzt verläuft. Werden beispielsweise die Drehstäbe so einge- setzt, dass die beiden Radien, die durch die Enden der Drehstäbe hindurchgehen, einen Winkel von +900 einschliessen, so erfolgt die Verdrehung zweckmässig um 1800 in der Weise, dass am Ende der Verdrehung diese beiden Enden einen Winkel von - 900 bilden.
Dadurch, dass man die Drehstäbe in Form einer
Schraubenlinie aber untordiert einsetzt, wird erreicht, dass beim Spannen des Energiespeichers die Län- genänderung der Drehstäbe nur gering wird. Vorzugsweise wird man den Abstand der Drehstäbe von der Drehachse des Energiespeichers möglichst klein halten. Auch wird man Drehstäbe mit kleinem Durch- messer wählen, weil diese im allgemeinen eine bessere Qualität als Drehstäbe mit grossem Durchmesser haben. Weitere Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels der Erfindung an Hand der Fig. 1 - 14 zu entnehmen.
Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Drehstabenergiespeicher, der als Antrieb für irgendwelche Geräte, z. B. für elektrische Schaltgeräte, verwendet werden kann. Die Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Drehstabenergiespeichers, teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt. Die Fig. 2 - 4 zeigen einen Drehstab in drei Ansichten. Die Fig. 5 und 6 zeigen Ansichten der Drehstabträger. Die Fig. 7 ist ein Querschnitt nach der Linie A - B der Fig. 1. Die Fig. 8 und 9 zeigen Einzelheiten der Drehstabverformung, die Fig. 10 und 11 verschiedenartige Ausführungen von Drehstabträgem und die Fig. 12 - 14 besondere Ausbildungsmöglichkeiten der Drehstabenden.
Gemäss der Fig. 1 besteht der Energiespeicher aus den beiden Drehstabträgern 1 und 2. Der Drehstabträger 2 ist der treibende und der Drehstabträger 1 der getriebene Teil. Die Achse des Energiespeichers und der Welle 25 ist mit 3 bezeichnet. Mit der Welle ist der Drehstabträger 1 mit Hilfe des Keiles 4 fest verbunden. Der treibende Drehstabträger 2 hat eine Bohrung 5, durch welche die Welle mit ihrem Lagerzapfen 6 hindurchgreift. Der Drehstabträger 2 ist auf der Welle 25 lose drehbar gelagert, die von den Lagern 7 und 8 getragen wird. Die Drehstäbe 19 sind gerade Stäbe mit an den Enden abgewinkelten Teilen 20 und 21. Der Drehstab hat einen runden Querschnitt 22. Die möglichst nicht scharf, sondern mit einem Bogen mit grossem Radius abgewinkelten Enden 20 und 21 bilden mit dem Stab selbst je einen Winkel 23 von 90 .
Betrachtet man den Stab in seiner Achsrichtung, so bilden die Enden 20 und 21 ebenfalls einen Winkel 24 von 900, vgl. die Fig. 4. Der Winkel kann aber auch grösser oder kleiner als 900 sein.
Die Drehstabträger 1 und 2 sind in den Fig. 5 und 6 aus den Pfeilrichtungen 9 und 10 der Fig. l gesehen dargestellt. Sie haben radial gerichtete Aussparungen 11 und 12 sowie Löcher 13 und 14 zur Aufnahme der Drehstabenden bzw. von Schrauben 15 bzw. 16, welche zur Befestigung der Deckel 17 bzw. 18 an den Drehstabträgern 1 und 2 dienen.
Der Energiespeicher des Ausführungsbeispiels hat acht Drehstäbe, von denen der Übersichtlichkeit halber in der Fig. 1 aber nur einer eingezeichnet ist. Er liegt mit seinem umgebogenen Ende 20 in der Aussparung II* des Drehstabträgers l und mit seinem umgebogenen Ende 21 in der Aussparung 12'des Drehstabträgers 2. Die restlichen Drehstäbe sind in der gleichen Weise eingesetzt. Die Aussparungen mit den Drehstabenden sind durch Platten 17 und 18 verschlossen. Der Drehstabträger 2 hat aussen ein Schnekkengewinde 27, in das eine zum Antrieb dienende Schnecke 28 eingreift. Die in dem Energiespeicher gespeicherte Kraft wird am Kurbelzapfen 35 der Kurbel 29 abgenommen. Mit 33 und 37 sind zwei Anschläge für die Arretierung der Kurbel 29 bezeichnet, deren Aufgabe und Arbeitsweise weiter unten erläutert werden.
Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt nach der Linie A - B der Fig. 1. Zwischen den Drehstäben 19 und der Welle 25 ist etwas Spielraum 36 vorhanden. Beim Einsetzen der Drehstäbe 19 in den Drehstabträger werden die Drehstäbe um die Welle 25 in der in der Fig. 8 gezeigten Weise schraubenförmig gebogen. Dabei werden die Drehstäbe nicht tordiert, so dass ihre einzelnen Fasern von den Punkten a, b, c, d zu den Punkten a', b', c', d'in der in der Fig. 8 dargestellten Weise verlaufen. Der Energiespeicher arbeitet wie folgt :
Der Energiespeicher wird dadurch gespannt, dass durch Drehen der Schnecke 28 der Drehstabträger 2 in Pfeilrichtung 30 bewegt wird. Während dieser Bewegung liegt die Kurbel 29 fest am Anschlag 33.
Hat sich der Drehstabträger 2 um 90 gedreht, so nimmt der Drehstab 19 seine ursprüngliche gerade Gestalt wieder an, wobei er tordiert ist, vgl. Fig. 9. Bei dieser Bewegung des Drehstabes von der Rechtsschraube über die Nullage hinaus in die Linksschraube nimmt die Länge des Stabes bis zur gestreckten Lage zu und
<Desc/Clms Page number 3>
dann wieder ab, wobei sich die Stäbe etwas nach aussen durchdrücken. Die von den Punkten a - d aus- gehenden und sich nach den Punkten a'- d'erstreckenden Fasern sind schraubenlinienförmig verdreht.
Man kann den Energiespeicher weiter, z. B. noch einmal um 900, spannen, indem der Drehstabträger 2 im gleichen Pfeilsinn 30 um 900 weitergedreht wird. Dadurch wird der Drehstab wieder in eine Schrau- benlinie um die Welle 25 gebogen.
Diese Schraubenlinie verläuft aber entgegengesetzt zur Schraubenli- nie gemäss der Fig. 1. War sie ursprünglich z. B. linksgängig, so ist sie jetzt rechtsgängig. Bei dieser Be- wegung wird der Drehstab weiter tordiert. Der Energiespeicher wird dadurch entladen, dass man den An- schlag 33 in Richtung 34 fortzieht und damit den Kurbelarm 29 freigibt. Die Drehstäbe entspannen sich, so dass die Kurbel 29 um den gleichen Winkel, um welchen der Drehstabträger 2 durch die Schnecke 28 vorwärts gedreht wurde, also um 1800 nachläuft. Nach Ablauf des Vorganges steht die Kurbel 29 an dem
Anschlag 37, der um 1800 gegenüber dem Anschlag 33 versetzt angeordnet ist.
Wird jetzt durch Drehen der Schnecke 28 der Drehstabträger 2 wieder um 1800 gedreht, so wird der
Energiespeicher erneut geladen. Durch Fortziehen des Anschlages 37 in Richtung 38 wird der Energiespei- chen erneut entladen. Dabei gelangt die Kurbel 29 wieder an den Anschlag 33, welcher inzwischen in seine Sperrlage zurückgebracht wurde. Das Spiel kann man beliebig oft wiederholen. Man kann einen solchen Energiespeicher beispielsweise zum Antrieb eines Schalthebels verwenden, wenn man mit dem
Kurbelzapfen 35 den zu betätigenden Schalthebel des Schalters verbindet. Bei der ersten Kurbeldrehung um 1800 kann der Schalter z. B. ein-und bei der zweiten Kurbeldrehung um 1800 ausgeschaltet werden.
Die Fig. ll und 10 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Drehstabträgern. Bei diesen sind die Nu- ten 50,51 für die Aufnahme der Enden der Drehstäbe nicht radial, sondern tangential zu den Bohrungen
53,56 der Drehstabträger 54,55 gerichtet.
Die Fig. 12 - 14 zeigen besonders ausgebildete Enden der Drehstäbe. Diese Massnahme hat den Zweck, eine Überbeanspruchung bzw. einen Bruch der Drehstäbe an den Einspannstellen mit Sicherheit zu vermei- den. Insbesondere kann man erreichen, dass die Drehungsbelastbarkeit der Drehstäbe voll ausgenützt wer- den kann, wenn man ihre Enden verdickt und allmähliche Übergänge vom Querschnitt des Drehstabes zum
Querschnitt des verdickten Endes schafft. Die Fig. 13 und 12 zeigen ein Drehstabende von der Seite und von vom. Der Stab 19 läuft von der Seite gesehen in eine pfeifenähnliche Form 57 aus. In axialer Rich- tung gesehen ist das Ende des Drehstabes trapezförmig ausgebildet. Es hat oben eine Breite 41, die etwas geringer ist als die Breite 42 des Sektors 43, in dem der Drehstab 19 liegt.
Dieser Sektor wird durch die
Tangenten 44, 45 gebildet, die von der Achse 3 des Energiespeichers an den Querschnitt des Drehstabes 19 ge- legt werden. Die Drehstäbe liegen auchhier vorteilhafterweise nicht eng aneinander und auch nicht ander Welle 25, damitsie bei der Verstellung der Drehstabträger gegeneinander genügend Bewegungsfreiheithaben.
Die Erfindung kann nicht nur bei Schaltern, insbesondere Expansions- und Hochspannungstrennschal- tern, sondern überall dort benutzt werden, wo es sich um die Weiterschaltung von Getriebeteilen über
Energiespeicher handelt. Besonders ist die Erfindung dort vorteilhaft, wo grosse Energien gespeichert wer- den sollen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Drehstabenergiespeicher, bestehend aus zwei gegeneinander verdrehbaren Drehstabträgern, wel- che durch ein Torsionsglied aus zwei oder mehreren symmetrisch zur Drehachse des Energiespeichers an- geordneten Drehstäben miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Drehstä- be nach Art einer Schraubenlinie zwischen den beiden Drehstabträgern untordiert derart eingesetzt sind, dass bei einer Verdrehung der Drehstabträger die einzelnen Drehstäbe tordiert werden.