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Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von drehender in pendelnd fortschreitende
Bewegung.
Die am häufigsten gebrauchten Mittel zur Umwandlung von drehender in hin-und hergehende bzw. schwingende Bewegung sind die Kurbel und das Exzenter, das nach der Bewegungslehre ebenfalls eine Kurbel ist. Auch bei Umwandlungen im umgekehrter Richtung kommt dasselbe Übertragung-.- mittel hauptsächlich in Betracht. Es seien erwähnt Kolbenkraftmaschinen, Kolbenpumpen. Sägegatter, Hammerwerke, Stossmaschinen und Stanzen, ferner Flugzeuge mit schwingenden Flügeln. Bei Hol)cl- masehinen werden meistens Wendegetriebe mit Zahnrädern oder Riemen für die Bewegungsumwandlug benutzt.
Hiezu tritt ein weiteres Umwandlungsmittel, das auf der Ausnutzung der Zentrifugalkraft beruht.
In Fig. 1 soll eine Masse f einen Hobeltisch Sägegatter, Pumpenkolben u. dg !, vertreten und zwischen den Führungsbacken ff in horizontaler Richtung gleiten können. Mit a verbunden und um
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Treibt man o um, so wirkt die entstehende Zentrifugalkraft R besehleunigend oder verzögernd auf 11. a wird unter den Kräften 7 ?-. R cos x in hin-und hergehende Bewegung versetzt. Ist l die Länge des Armes s, B das Gewicht von o, A das Gewicht von a und z der gesamte von a zurückgelegte Weg, so wird
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schwindigkeit, mit der die Welle e gedreht wird. vorausgesetzt, dass die Tourenzahl nicht zu gering ist.
Der Körper a bewegt sich auf einem Wege von gegebener Länge hin und her. gerade so. als ob er von einer Kurbel mit unendlich langer Schubstange getrieben würde. Massgebend für die Bewegungsgesetze ist die Erhaltung des Schwerpunktes, d. h. gleichgültig, in welcher Lage sich das Schwunggewicht befindet. der Gesamtkörper stellt sich so ein, dass die Lage des Schwerpunktes konstant bleibt.
Die Lage des Pendelweges im Raume ist nicht an und für sich bestimmt. Er wird durch Hub- begrenzer d und e bestimmt. Der Abstand d-e ist etwas kleiner als z zu bemessen. Die Differenz wird durch Federn, entweder an < ? und e oder an a elastisch aufgenommen. Praktisch ohne Kraftaufwand
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Verstellbarkeit könnte z. B. bei Hammerwerken eine wichtige Anwendung finden, indem man mit ihrer Hilfe den bewegten Hammerbär dem Werkstück näher bringt. In diesem Fall wird im allgemeinen die Bahn z nicht horizontal sondern vertikal sein.
Diese Erkenntnis, nämlich dass man auf diese Weise wandernde Schwingungen erzeugen kann. bildet die Grundlage dieser Erfindung.
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umlaufen lässt. Aus Rl und R2 resultiert eine Nutzkraft H. In diesem Falle heben sich auch die Kreiselwirkungen der Schwunggewichte auf das System gegenseitig auf.
Der Antrieb der Welle c kann auf beliebige Weise erfolgen, Riemen-und Seilbetrieb, eine nachgiebig Welle, sei es, dass die ganze Welle biegsam ist, sei es. dass an ihren Enden Kardankupplungen sich befinden
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vorgesehen ist. Auch Vierkantwellen und ähnliche Mittel zur Kraftübertragung - unter Umständen auch elektrischer Antrieb-kommen in Betracht.
Die eingangs erwähnte Anwendung des Verfahrens, z. B. auf Flugzeuge mit schwingenden Trag- flächen oder Vortriebsflächen bedingt wie beim Hammer nicht nur Schwingungen, sondern auch ein Fortschreiten unter der Wirkung der erzeugten Auftriebskraft. Das Fortschreiten beruht darauf, dass der Luftwiderstand, den die Schwingen bei der Rüekbewegung finden, grösser ist, als beim Vortrieb.
Das Flugzeug also und der Hammer sind Beispiele, wo die Drehung nicht nur in Schwingung umgesetzt wird, sondern wo durch Ungleichheit der positiven und negativen Amplituden die Schwingbewegung sich zum Teil in fortschreitende Bewegung umformt, und das ist der Gegenstand dieser Erfindung.
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von SI in die Lage Fig. 4 haben die Arme die dort bezeichnete Stellung eingenommen. Hier ist die Zentrifugalkraft kleiner als in der Stellung Fig. 3. wo infolge der erhöhten Winkelgeschwindigkeit von S2 die Zentrifugalwirkung grosser ist. als wenn 0 an einem ungeteiten Arm von der Läge S1 S2 befestigt werde. Natürlich kann der Kettentrieb durch Zahnradgetriebe oder irgendein anderes Übertragungsmittel ersetzt werden.
Durch Drehen des Rades R1 ist mit Leichtigkeit die Schwingungsrichtung zu ändern. was bei Flugzeugen von Bedeutung ist.
Der geometrische Ort des Massenschwerpun ktcs von dem Schwunggewicht O ist eine Art Epioyeloide gegenüber dem Kreis beim steifen Schwungarm.
Ohne das Verfahren grundsätzlich zu ändern. können die Oszilationen die verschiedensten Formen
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gewiehteanArmen, dieinFig. 5 durch 0 und dargestellt werden sollen. Durch die Welle If angetrieben. rotiert O-S und bewegt durch Zentrifugalkraft den Flügel F auf und ab. Dieser Antrieb des Flügels bei B bedeutet eine geringe Beanspruchung der Konstruktion, da die bewegenden Zentrifugalkräfte an günstiger SteHe angreifen. Dies ist ein Beispiel für einen Fall, w man mittels Zentrifugalgetiebes Kräfte an eine schwer zugängliche Stelle überträgt, und zugleich ein Fa ! L wo der ausweich der Massenbeschleunigung in den Hintergrund tritt gegenüber der Kraftübertragung selbst und dem.
Ausgleich sehr ungleichfiirmiger Kräfte. Hier haben freilich nicht die Antriebskräfte an sich. sondern die Widerstände beim Auf- und Niedergang des Flügels den ungleichförmigen Charakter. Das Gewicht von O braucht nur einen geringen Bruchteil des Gesamtgewichtes zu betragen.
Welle If ist hier so gezeichnet. als ob sie im Innern des Schwingenholmes H gelagert wäre. Sie kann natürlich auch an anderer Stelle im Innern des Flügels oder ausserhalb angebracht werden, wozu eine besondere Tragkonstruktion vorzusehen wäre. Die. Anordnung gäbe Gelegenheit, die Schwunggewichte auch über die Länge des Flügels zu verteilen, wenn eine besondere Kräfte- bzw. Kraftpaarverteilung erzielt werden soll.
Hier ist die Bewegungskurve von B ein Teil der Kugeloberfläche mit dem Mittelpunkt L. In
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in gewissem Grade elastisch), so dass das Schwunggewicht 0 ohne erheblichen Zwang seine Rotationsebene beibehalten kann. Wie weiter oben beschrieben, kann man Querkräfte durch gegenläufige Gewichtspaare O1 und O2
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Richtung stattfindet.
Bei manchen Vögeln ist das Wegdiagramm der Flügelspitzen eine Art Lemniskate (Fig. 7), wo beim Nutzschlag der Richtungsunterschied zwischen Flügelschne und Bewegung gross, beim Rückweg aber gering ist. Eine derartige Kurve erzielt man leicht dadurch, dass man die Querbewegung durch Schwungggewichts doppelter Frequenz beeinflusst.
Wie weiter oben geschildert, ist die Sehlagbahn nach ihrer Lage völlig frei und wird erst durch Hubbegrenzer festgelegt. In Fig. 11 sind diese durch ha, h2 und h3, h4 angedeutet. Ähnliche Begrenzer hat man sich für die Querbewegung unter Umständen in Konstruktionseinheit mit den anderen zu denken.
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Richtung, beeinflusst werden kann, gibt erst dem Sehlagflügel die unerlässliche Beweglichkeit.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Beeinflussung der Schlagvorrichtung, z. B. durch Drehung des ganzen Systems relativ zum Flugzeugkörper oder durch Beeinflussung der Phasen der beiden gegenläufigen Schwunggewiehte erfolgt. Die Phasenverschiebung wird beispielsweise durch Drehung eines der Schwunggewichte relativ zu seiner Achse oder bei Planetengetriebe sehr bequem durch Drehung des stillstehenden Zahn-oder Kettenrades bewirkt.
Durch den Einfluss der verschiedenen Bewegungswiderstände wird der Aufschlag des Flügels
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Seil u. dgl. sind leicht Verschiedenheiten in der Geschwindigkeit zu erreichen in ökonomischerer Weise als beispielsweise bei Ellipsenzahnrädern.
Für den Antrieb von Schwungarmen im Gegenlauf und von verschiedener rmlaufzahl kann nan stets mit einer Welle W auskommen und die Kräfte auf die verschiedenen Arme mit Hilfe irgendeines Übertragungsmittels, Kegelplanetengetriebe, Kette u. dgl. übertragen. Besonders wichtig'sind hier Planetengetriebe.
Es sei noch betont, dass alles, was hier für den Drehschlagflügel (mit Drehpunkt L) entwickelt worden ist, auch für den Sehlagflügel gilt, der sich in anderer Art bewegt, z. B. den Parallelschlaflügel. wo die Bewegung in einer Parallelverschiebung besteht.
Bei der obigen Beschreibung des Schleudergetriebes wurde von der Betrachtung des einfachen Falles ausgegangen, wo eine exzentrisch rotierende Masse c auf eine zweite a durch Sehleuderkräfte einwirkt und sie in Oszillationen versetzt.
In den meisten Fällen liegen die Verhältnisse so. dass sich die physikalischen Vorgänge nicht mehr überwiegend als ein Hin-und Herspielen der Energie zwischen den beiden Massen auffassen lassen. Im folgenden sollen nun Anordnungen behandelt werden. wo durch die Natur des Apparates oder durch besonders geschaffene konstruktive Einrichtungen weitere Energiespeieher vorliegen, die untf'r Froständen von Nutzen sind.
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zunächst in den aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Schlag mit verschiedener Stärke. Sinkt der mittlere Anpressungskdruck noch weiter. so tritt nur für jede zweite, dritte usw. Umdrehung ein Aufschlag' ein.
Die Schwunggewichte überschlagen sich gewissermassen einmal oder öfter, während der Bär noch
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(Fig. 16) erfolgt schon, wenn die Zentrifugalkraft noch nach unten wirkt. Die Schwunggewichte müssen also einen toten Winkel (J. durchlaufen. bis ihre Zentrifugalkraft eine Vertikalkomponente nach oben erhalten hat. die gross genug ist. das Bärgewieht und eventuell die Federkraft zu überwinden und die
Hubperiode einzuleiten.
Wie beim Flugzeug ist auch bei Hämmern, vor allem beim Handhammer eine starke Vorspannung der Feder zur Verminderung von Vibrationen von Wichtigkeit.
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Es sei erwähnt. dass bei Handhämmern die dynamische Aufhebung der Seitenkräfte, wie bei der Verwendung zweier gegenläufiger Sehwunggewiehte. besonders wichtig ist. da nicht immer eine feste Führung des Bärs vorgesehen werden kann.
In der Beschreibung weiter oben ist eine einfache Formel zur Berechnung des Oscillationsweges (beim Hammer, des Hubes) s. gegeben worden, die sich auf den Fall bezieht, dass nur zwei Massen, eine o mit einem Drehradius r rotierend. die zweite a völlig frei oseillierend. in Betracht kommen :
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gilt diese Formel natürlich nicht mehr. Durch Einengung mit Begrenzern kann s kleiner gemacht werden.
Beim Hammer wird der Hub. weil nach jedem Schlage immer wieder ein neues Spiel einsetzt und der Dauerzustand, auf den sich die Formel bezieht, nie erreicht wird. erheblich grösser, es sei denn, dass der Federimpuls sehr gross wird. Uns interessiert hier ein Verfahren. durch das der Hub und die Aufschlagsgeschwindigkeit wesentlich steigt, weil dadurch ein Mittel gegeben ist. um mit kleinen Sehwunggewichten an ganz kurzem Drehradius grosse Wirkungen zu erzielen.
Der Erklärung möge ein Hammer zugrunde gelegt werden, und zw. der Einfachheit halber, eine Ramme, bei der der Bär so schwer sei, dass eine obere Feder entbehrlich wird. Das Gewicht der Ramme spielt aber, wie oben erläutert, nur die Rolle einer Feder mit konstanter Druckkraft nach unten. Beim
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vollständig im Schlage entlädt, sondern zumgiösseren oder geringeren Teil in diesen Federn aufgespeichert wird. Fig. 19 und 17. wo die Feder F zugleich einen Schutz für Lager und Getriebe bildet, stellen eine
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nicht die Geschwindigkeit e, von der beim ersten Schlag ausgegangen wurde, sondern eine gewisse Anfangsgeschwindigkeit. die als Rückprall- oder als Reflexgeschwindigkeit bezeichnet werden möge, Zu dieser
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abhängt.
Die Feder F muss sehr steif sein und kann unter Umständen die Form eines massiven Stahl- stückes (Hammerbär selbst. Meisselkörper u. dgl.) annelimen.
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Ungleichförmigkeiten auf und 82 den Rest.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Umsetzung von drehender in pendelnd fortschreitende Bewegung, dadurch gekennzeichnet, dass der zu bewegende Körper durch an ihm gelagerte umlaufende Schwunggewichte in Hin-und Herbewegung versetzt und dabei dutch eine nur in einer dieser Richtungen wirkenden Zusatzkraft oder durch verschiedenen Widerstand in den beiden Sehwingungsiiehtungen weiter bewegt whd.
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Method and device for converting rotating into pendulous progressing
Move.
The most frequently used means for converting rotating into reciprocating or oscillating motion are the crank and the eccentric, which is also a crank according to the theory of motion. Even with conversions in the opposite direction, the same transfer -.- medium is mainly used. Piston engines and piston pumps should be mentioned. Saw gates, hammer mills, slotting machines and punches, as well as airplanes with swinging wings. In the case of pick-up machines, reversing gears with gears or belts are mostly used for the movement conversion.
In addition, there is another means of conversion which is based on the utilization of centrifugal force.
In Fig. 1, a mass f is a planing table saw frame, pump piston u. dg!, and can slide between the guide jaws ff in the horizontal direction. Connected with a and around
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If one drives o, the resulting centrifugal force R has an accelerating or retarding effect on 11. a becomes 7? - under the forces. R cos x set in a reciprocating motion. If l is the length of the arm s, B is the weight of o, A is the weight of a and z is the entire distance covered by a, then becomes
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speed at which the shaft e is rotated. provided that the number of tours is not too small.
The body a moves back and forth on a path of given length. just like that. as if it were being driven by a crank with an infinitely long push rod. The maintenance of the center of gravity is decisive for the laws of motion, i. H. no matter in which position the swing weight is. the entire body adjusts itself so that the position of the center of gravity remains constant.
The position of the pendulum path in space is not determined in and of itself. It is determined by stroke limiters d and e. The distance d-e is to be measured somewhat smaller than z. The difference is indicated by springs, either on <? and e or at a elastically added. Virtually no effort
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Adjustability could e.g. B. find an important application in hammer mills by bringing the moving hammer bear closer to the workpiece with their help. In this case, the path z will generally not be horizontal but vertical.
This knowledge, namely that one can generate wandering vibrations in this way. forms the basis of this invention.
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circulates. A useful force H results from Rl and R2. In this case, the gyroscopic effects of the flyweights on the system cancel each other out.
The drive of the shaft c can take place in any way, belt and cable operation, a flexible shaft, be it that the whole shaft is flexible, be it. that there are cardan couplings at their ends
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is provided. Square shafts and similar means for power transmission - possibly also electrical drives - come into consideration.
The aforementioned application of the method, for. For example, on aircraft with vibrating wings or propulsion surfaces, as in the case of a hammer, not only vibrations but also progress under the effect of the generated lift force. The progression is based on the fact that the air resistance that the wings find when moving back is greater than when propelling.
The airplane and the hammer are examples where the rotation is not only converted into oscillation, but where due to the inequality of the positive and negative amplitudes, the oscillation movement is partially transformed into progressive movement, and that is the subject of this invention.
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from SI to FIG. 4, the arms have assumed the position indicated there. Here the centrifugal force is smaller than in the position in FIG. 3, where the centrifugal effect is greater due to the increased angular speed of S2. as if 0 were attached to an undivided arm of length S1 S2. Of course, the chain drive can be replaced by gear drives or any other transmission means.
The direction of vibration can be changed with ease by turning the wheel R1. what matters in aircraft.
The geometric location of the center of mass of the swing weight O is a kind of epioyeloid opposite the circle on the rigid swing arm.
Without fundamentally changing the procedure. the oscillations can take the most varied forms
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puffing on the arms in Fig. 5 should be represented by 0 and. Driven by the shaft If. rotates O-S and moves the wing F up and down by centrifugal force. This drive of the wing at B means less stress on the construction, since the moving centrifugal forces act at a favorable position. This is an example of a case where centrifugal force is used to transfer forces to a hard-to-reach place, and at the same time a Fa! L where the evasion of the mass acceleration takes a back seat to the power transmission itself and the.
Compensation for very uneven forces. Of course, this is not the driving force. but the resistance to the rise and fall of the wing, the irregular character. The weight of O only needs to be a small fraction of the total weight.
Wave If is drawn like this here. as if it were stored inside the swing arm H. It can of course also be attached elsewhere inside the wing or outside, for which purpose a special supporting structure would have to be provided. The. Arrangement would give the opportunity to distribute the swing weights over the length of the wing if a special force or force pair distribution is to be achieved.
Here the motion curve of B is a part of the spherical surface with the center L. In
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elastic to a certain extent), so that the swing weight 0 can maintain its plane of rotation without considerable constraint. As described above, lateral forces can be achieved by opposing weight pairs O1 and O2
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Direction takes place.
In some birds, the path diagram of the wing tips is a kind of lemniscate (Fig. 7), where the difference in direction between wing blade and movement is large during the effective stroke, but small on the way back. Such a curve is easily achieved by influencing the lateral movement by swinging the swing weight twice the frequency.
As described above, the Sehlagbahn is completely free according to its location and is only determined by stroke limiters. In Fig. 11 these are indicated by ha, h2 and h3, h4. One has to think of similar limiters for the transverse movement under certain circumstances as a structural unit with the others.
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Direction, which can be influenced, gives the flat wing the indispensable mobility.
It should be noted that influencing the impact device, e.g. B. is done by rotating the entire system relative to the aircraft body or by influencing the phases of the two opposing sweeps. The phase shift is brought about, for example, by rotating one of the flyweights relative to its axis or, in the case of planetary gears, very conveniently by rotating the stationary toothed or chain wheel.
The upstroke of the wing is due to the influence of the various resistance movements
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Rope and Like. Differences in speed can easily be achieved in a more economical manner than, for example, with elliptical gears.
For the drive of swing arms in counter-rotation and with different number of rotations, nan can always get by with one shaft W and the forces on the various arms with the help of any transmission means, bevel planetary gear, chain, etc. like. transferred. Planetary gears are particularly important here.
It should be emphasized that everything that has been developed here for the rotary flapping wing (with pivot point L) also applies to the flat flapping wing, which moves in a different way, e.g. B. the parallel sleeping wing. where the movement consists in a parallel displacement.
The above description of the centrifugal gear was based on the consideration of the simple case in which an eccentrically rotating mass c acts on a second a by means of a centrifugal force, causing it to oscillate.
In most cases this is the case. that the physical processes can no longer predominantly be understood as a back and forth play of energy between the two masses. Arrangements will now be dealt with below. where due to the nature of the apparatus or due to specially created constructive devices there are other energy stores that are useful for freezing.
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first, in the successive revolutions, the blow with different strengths. If the mean contact pressure drops even further. so there is only a surcharge for every second, third, etc. revolution.
The swing weights overturn to a certain extent once or more, while the bear is still
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(Fig. 16) already takes place when the centrifugal force is still acting downwards. The swing weights must therefore pass through a blind spot (J. until their centrifugal force has received a vertical component upwards. Which is large enough to overcome the bear weight and possibly the spring force and the
Initiate lifting period.
As with aircraft, it is also important for hammers, especially hand hammers, to have a strong bias on the spring to reduce vibrations.
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It should be mentioned. that with hand hammers the dynamic elimination of the side forces, as with the use of two oppositely directed vision waves. is particularly important. because a fixed management of the bear cannot always be provided.
In the description above there is a simple formula for calculating the oscillation path (with a hammer, the stroke). has been given, which refers to the case that only two masses, one o rotating with a turning radius r. the second a completely free looping. be considered :
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Of course, this formula no longer applies. By narrowing it down with delimiters, s can be made smaller.
With the hammer, the stroke is. because after every stroke a new game begins and the permanent state to which the formula refers is never reached. considerably larger, unless the spring momentum is very large. We are interested in one process here. through which the stroke and the impact speed increase significantly, because this gives a means. in order to achieve great effects with small swing weights at a very short turning radius.
The explanation should be based on a hammer and, for the sake of simplicity, a ram in which the bear is so heavy that an upper spring can be dispensed with. However, as explained above, the weight of the ram only plays the role of a spring with a constant downward pressure force. At the
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discharges completely in one stroke, but is accumulated to a greater or lesser extent in these springs. Fig. 19 and 17. Where the spring F also forms a protection for the bearing and gear, represent a
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not the speed e assumed for the first stroke, but a certain initial speed. which may be called rebound or reflex speed, to this
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depends.
The spring F must be very stiff and can, under certain circumstances, glue the shape of a solid piece of steel (hammer bear itself, chisel body, etc.).
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Irregularities and 82 the rest.
PATENT CLAIMS:
1. A method for converting a rotating movement into a pendulous movement, characterized in that the body to be moved is set in a reciprocating motion by rotating oscillating weights mounted on it and thereby by an additional force acting only in one of these directions or by different resistance in the two Visual oscillation lines moved further whd.