Vorrichtuug zur Übertragung von Energie in mechanische Schwingungsform. Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Energie in mechanische Schwingungsform und besteht darin, dass ein antreibendes System mit einem schwin- gilngsfähigen mechanischen System über ein elastisches Zwischenglied verbunden ist, welch letzteres einerseits die Sehwingungs- eilerCie des antreibenden Systems auf das angetriebene System überträgt und ander seits zulässt, dass das angetriebene System mit veränderlicher Amplitude schwingt.
Die Erfindung sei anhand der Zeichnung erläutert, welche Ausführungsbeispiele der Erfindung im Schema darstellt. Ein schwin gungsfähiges mechanisches System muss stets Masse und Elastizität besitzen und wird demgemäss entweder durch eine Kombination mindestens einer starren Masse und minde stens eines elastischen Elementes verwirk licht, welch letzteres einerseits eingespannt und anderseits mit der starren Masse verbun den ist.
Es ist aber auch möglich, in einem Element sowohl Masse, als auch Elastizität zu vereinigen, wenn beispielsweise eine elasti sche Feder an einem Ende eingespannt ist und das Federmaterial selbst hinreichende Masse besitzt, um zusammen mit seiner eigenen Elastizität eine gewünschte Schwin gungszahl zu ergeben, sobald sie in Schwin gungen versetzt wird.
Im schematischen Beispiel der Fig. 1 ist das mechanische schwingungsfähige System, auf das die Schwingungsleistung übertragen werden soll, durch einen Bolzen a darge stellt, der die Masse verkörpert, und eine im Schnitt gezeichnete Spiralfeder b, deren. äusserste Windung fest eingespannt ist und deren innerste Windung mit dem Bolzen fest verbunden ist. Der Bolzen a ist zu bei den Seiten seiner Verbindung mit der Spiral.- Feder b und in entsprechender Entfernung von dieser Verbindungsstelle in Gleitlagern gehalten, so dass er in Richtung seiner Längs achse Bewegungen ausführen kann. Wird er aus der gezeichneten Mittellage nach rechts oder links verschoben, so wird hierdurch die Feder b gespannt und sucht den Bolzen in seine Mittellage zurückzuführen.
Hierbei wird der Bolzen a in Schwung versetzt und infolge dieser Wucht über die Mittellage hinaus nach der andern Seite weiter bewegt werden, während sich die Feder bei der Be wegung des Bolzens in die Mittellage ent spannt und bei seiner Bewegung über diese Mittellage hinaus wiederum gespannt wird. Vermag dieses System möglichst ungehin dert, also ohne Bewegungshemmungen durch Reibung in den Gleitlagern und an der Luft zu schwingen, und bleibt es sich selbst über lassen, nachdem einmal der Bolzen a aus seiner Mittellage herausbewegt wurde, so wird es freie mechanische Schwingungen in seiner Eigenfrequenz ausführen. Die letztere hängt von der Grösse der Masse des Bolzens a und von der Stärke der Feder b .ab.
Wür den gar keine Bewegungswiderstände be stehen, so würde das System dauernd schwin gen; eine solche Schwingung kann man un- gedämpft nennen. In der Praxis bestehen aber stets solche Hindernisse für die Schwili- bL7ng, und diese wird .daher mehr oder weni ger gedämpft sein, mit der Folge, dass das angestossene und sich selbst überlassene Sy stem zwar wiederum in seiner Eigenfrequenz ausschwingt, die Schwingung jedoch immer kleiner wird und schliesslich .das System zur Ruhe kommt.
Durch Änderung der Grösse der Masse a oder der Spannung bezw. Stärke der Feder b kann die Eigenfrequenz des schwingungs fähigen Systems geändert werden. Der Weg, den der Bolzen a aus der gezeichneten Ruhe lage nach rechts oder nach links zurücklegt, kann als die Amplitude der Schwingung be zeichnet werden. Die Amplitude muss bei einer ungedämpften freien Schwingung gleich gross bleiben, während sie bei einer gedämpf ten freien Schwingung des angestossenen und sieh selbst überlassenen Systems allmählich geringer und schliesslich, wenn das System in den Ruhezustand zurückkehrt, null wird.
In Fig. 1 ist ferner g eine Kurbel, die durch irgend eine Antriebsmaschine in dauernde Drehung versetzt werden möge und die über eine Pleuelstange lt einen nicht bezeichneten Bolzen, der gleichfalls in La gern gerade geführt ist, hin und her bewegt. Zwischen diesen Bolzen und den andern Bol- zen <I>a,</I> ist die in sich geschlossene Feder k. .angeordnet.
Durch die umlaufende Kurbel g wird nun der gerade geführte Bolzen hin und her be wegt und spannt die Feder k abwechselnd in der einen oder andern Richtung. Bei seiner Bewegung nach links drückt er diese Feder zusammen, bei seiner Bewegung nach rechts zieht er diese Feder auseinander und spannt sie also abwechselnd in der einen und andern Richtung. Diese der Feder 1c mitgeteilte Spannung hat zur Folge, dass diese Feder den mit ihr fest verbundenen Bolzen a gleich falls in abwechselnde Bewegung setzen will.
Infolge der jedem Masse enthaltenden me chanischen System naturnotwendig inne wohnenden Trägheit wird nun das System <I>a, b</I> nicht sogleich seine höchste Schwin gungsamplitude erreichen, sondern sich viel mehr allmählich aufschaukeln; bei jedem Hub des antreibenden Bolzens wird sich also die Amplitude des über die Feder 1c ange triebenen Bolzens a vergrössern.
Nun wird zu Beginn der Arbeit die ganze der Kurbel ri mitgeteilte Leistung auch auf die Feder k übertragen und durch diese wiederum auf das System<I>a, b.</I> Die zu Anfang dem Sy stem<I>a, b</I> zugeführte Leistung wird zur Be schleunigung des Systems und somit zur Ver grösserung seiner .Amplitude benutzt; sie ist also einerseits erforderlich, um die Beschleu nigungsarbeit zu leisten, anderseits dazu, um die Bewegungswiderstände (Reibung an Luft und in den Lagern) zu überwinden.
Dem System<I>a, b</I> mitgeteilte Beschleunigungs arbeit bleibt aber in diesem aufgespeichert, indem der Bolzen a die Feder b spannt und hierauf die letztere die Bewegung des Bolzens hemmt und diesen wiederum in die Ruhe lage zurückzuführen sucht, wobei sie ihn abermals beschleunigt und somit die an sie abgegebene Arbeit wiederum auf die Masse des Bolzens a, überträgt. Nicht aufgespeichert wird nur jener Teil der auf das System a, b übertragenen Arbeit, der zur Überwindung der Bewegungswiderstände verbraucht wurde und als Verlustarbeit verloren ging.
Hier aus ersieht man, dass bei jedem Hub (Bewe- gung des Bolzens a nach rechts oder links aus seiner Mittellage) eine Aufspeicherung voll Arbeit in dem System<I>a, b</I> stattfindet, und dieser neu zugeführte Arbeitsbetrag ad diert sich zu dem in den vorangehenden Pe rioden zugeführten und bereits aufgespeicher ten Arbeitsbetrag. Die Vergrösserung der aufgespeicherten Arbeit äussert sich darin, dass sich die Amplitude des sehwingend.3n Systems dauernd vergrössert.
Mit der Ver grösserung der Amplitude wachsen aber die Bewegungswiderstände, so dass ein immer grösserer Teil der von der Kurbel g über die Feder k zugeführten Arbeit allein zur Über windung der Bewegungswiderstände ver braucht wird und ein immer geringerer Teil für die Aufspeicherung bezw. Besehleuni- gung b.ezw. Vergrösserung der Amplitude übrig bleibt, bis schliesslich nach Erreichung eines stationären Zustandes die gesamte. zu geführte Arbeit noch zur Überwindung der Bewegungswiderstände dient.
Diesen Vorgang kann man das Aufschau keln der Schwingungen oder das Aufladen des schwingungsfähigen Systems nennen; er gleicht beispielsweise dem Aufladen eines Schwungrades. Wie bei dem letzteren, kann auch bei dem schwingungsfähigen System <I>a. b</I> eine weit grössere Arbeitsleistung in diesem aufgespeiehert werden, als zu gleicher Zeit vom antreibenden System g, h herge geben wird. Um diese Aufspeicherung zu ermöglichen, ist es notwendig, .dass sich das System a, b in der beschriebenen Weise auf schaukeln kann.
Würde es aber starr mit dem anisreibenden System verbunden sein, also die Pleuelstange lt am Bolzen<I>a</I> unmittel bar mit einem Gelenk angreifen, so würde der Bolzen a gleich von Anfang :aus seiner Ruhelauge um die Grösse der Kurbellänge nach links oder rechts herausgesthwungen tverden, anderseits würde aber eine Ände- rung der Amplitude, insbesondere eine Ver grösserung derselben, nicht möglich sein.
Die Kurbel würde beim Durchgang .durch den Totpunkt den Bolzen a abbremsen, und die in ihin ,aufgespeicherte Wucht würde in Lager reibung der Kurbel"de,s Gelenkes der Pleuel- stange usw. vernichtet werden, wie dies aus der Theorie oder Kurbelgetriebe hinreichend bekannt ist.
Um daher ein Aufschaukeln und somit dauerndes Aufspeichern von Leistung zu er möglichen, ist das erfindungsgemässe elasti sche Zwisthen.glied k zwischen dem tantrei- beri,den System und dem. getriebenen System angeordnet, welches auf das letztere,die Lei stung überträgt und ,diesem :ausserdem ge stattet, in seiner eigenen, veränderlichen Aanplitude zu schwingen.
Die Theorie lehrt uns, dass der beste Ef fekt dadurch erzielt werden kann, @dass die Eigenfrequenz des Systems<I>a, b</I> gleich ist der Frequenz des antreibenden Systems, .dass also die Zahl der Hube ödes von der Pleuelstange lt. unmittelbar .angegriffenen Bolzens in der Zeiteinheit gleich ist der Zahl der Hube des Bolzens a in .der Zeiteinheit, falls dieser an gestossen würde und,
sieh selbst völlig über lassen, nunmehr ausschwingen würde. Es ist dies ein der elektrischen Resonanz vergleich barer Zustand. Weichen :diese Frequenzen wenig voneinander ab, so kann nie Energie- xifspeicherung noch verwirklicht werden; a a weichen sie aber sehr stark voneinander ab, so ist es unmöglich, das System<I>a, b</I> in Eigen schwingung zu versetzen.
Das Organ<I>7c</I> werde künftighin "Kopplungsvorrichtung" ,mannt, in Anlehnung ;an die im elektri- s@chen Sühwin:gungs:gebiet bekannten Kopp lungen zwischen einem schwingenden und einem andern schwingungsfähigen System.
Ist die Feder lc verhältnismässig hart; so wird sie bei jedem Hub einen starken An stoss auf .das System a, b übertragen; man kann dies ,als "feste Kopplung" bezeichnen; ist die Fader k weich, so wenden ihre An stösse auf das System a, b geringer sein, sie wird also weniger Energie pro Schwingung übertragen, und man kann sie daher als "lose Kopplung" bezeichnen.
Zum Antrieb der Kurbel g, welche den eigentlichen Sehwingungsgenerator darstellt, können beliebige Kraftquellen, wie Dampf- maschiDen, Explo.sionsnotore, elektrische Mo- t.öre usw., verwendet werden. Die Kurbel mit Pleuelstange kann durch ein hin- und her gehendes sonstiges Antriebselement ersetzt werden.
Das elastische Zwis-elienglied, die Kopp lungsvorrichtung, kann im übrigen durch jedes andere geeignete elastische Element an Stelle einer Feder dargestellt werden, bei speilsweise durch einen Luftpuffer, allge mein also durch mindestens ein elastisches Mittel.
Die Amplitude der Schwingung des Sy stems a, b hängt auch von seinen Bestim inungselementen ab, also von ,der Grösse der angewandten Elastizität und Masse. Wendet man eine harte Feder b .an, so wird bei un veränderter Eigenfrequenz .die Amplitude .des Systems kleiner sein können als diejenige eines andern Systems mit weicherer Feder und gleicher Frequenz;
natürlich muss bei Änderung der Elastizität auch die Masse ge ändert werden, zwecks Aufrechterhaltung der gleichen Frequenz der Schwingung. Stellt man sieh nun in Fig. 1 ein zweites schwin gungsfähiges System mit dem die Masse dar stellenden Bolzen ä und :die Elastizität ;dar stellenden Doppelfeder b' vor, das gleiche Frequenz, jedoch .andere Amplitude besitzt als das System a, b, und koppelt man beide Systeme durch die Feder K', so ist eine Lei- stungstrausform.ation m@:
gli.ch, indem näm lich das System a, b beispielsweise eine klei nere Kraftwirkung auf grossem Wege aus übt, während beim System ei <I>, b'</I> eine grössere Kraftwirkung auf kleinerem Wege ausgeübt wird. Das System a', b' entzieht hierbei dem System a, b Energie und führt diese peaio- disch in dieses wieder zurück. Die elastische Kopplung ermöglicht somit, schwingenden mechanischen Systemen Energie zuzuführen oder zu entziehen und diese somit zur Ener gieübertragung und Umformung heranzu ziehen.
Im Beispiel der Fig. 2 ist b eine oben eingespannte Blattfeder, auf der das Ge wicht a befestigt ist. Die beiden Elemente <I>a, b</I> stellen also -das sühwin:gungsfähige Sy stem dar. Auf die Feder b wirkt über die Feder 1c wiederum das antreibende Kurbel- Betriebe g, h.. Beim Umlauf .der Kurbel wird nun das System a., b aufgeschaukelt bis zum stationären Zustand.
Ersichtlich stellt dies ein mechanisches schwingungsfähiges System dar, das in seiner Eigenfrequenz schwingt und durch das antreibende System g, h über die Kopplungsfeder g angetrieben wird. Bei @r kann nun eine Energieentnahme stattfinden, beispielsweise der hin- und her gehende Mechanismus einer Mähmaschine an geschlossen werden.
Beim Beginn der Arbeit wird .das System a, b mit dem angeschlos senen Mechanismus aufgeschaukelt bis zur erforderlichen grössten Amplitude, ;derart, dass die hin- und hergehenden Massen der Ma schine, wel,ehe mit dem System a, b gekup pelt sind (bei a-), sich in Eigenschwingung befinden.
Sobald die MÜharbeit beginnt-, ist von dem aaltreibenden System g, lt nunmehr nur noch jene Nutzarbeit .auszuführen, ferner auch jene Verlustarbeit, die in der Luft- und sonstigen Reibung verzehrt wird. Nicht aber ist auch bei jedem Hubwechsel des hin- und hergebenden besamten Mechanismusses die Beschleunigungsarbeit jedesmal zuzu führen, da diese in dem s .hwingungsfähigen System<I>a, b</I> aufgespeichert ist.
Au-oh bei In betriebsetzung der Maschine muss nicht diese Besühleunigungsarbeit auf einmal hergegeben -erden, sondern nur in kleinen Abschnitten bei jedem Hub des .antreibenden Systems, wobei ein Aufschaukeln und Aufspeichern dieser gleichsam abschnittweise zugeführten Arbeit stattfindet, so lange, bis ein völlige:, Aufschaukeln erfolgt ist.
Demnach braucht der Antriebsmotor für das Getriebe <I>g,</I> la für eine weit kleinere Arbeitsleistung bemessen zu sein als bisher, wo er stets sowohl bei Be ginn, als auch während der Weiterführung der Arbeit bei jedem Hubwechsel die völlige Beschleunigungsarbeit des gesamten hin- und hergehenden Mechanismusses leisten musste. Dasselbe gilt, wenn die Kurbel g clurcli menschliche Arbeit angetrieben wird.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dient zur lautlosen Steuerung eines Uhrwerkes. Das Uhrwerk treibt die Kurbel g an. Durch Einstellung des Angriffspunktes der Feder 7e am System<I>a,</I> der Pleuelstange h an der Fe der k, ferner durch Abstimmung des Systems a kann nun erreicht werden, dass dieses einen Gleichlauf der Kurbel g erzwingt. Läuft nämlich die Kurbel g zu schnell, so wird das System a nicht in Schwingung versetzt, und die Feder k wirkt bremsend.
Es ist also der art eine unmittelbare Steuerwirkung des Pendels auf das Uhrwerk möglich ohne An wendung eines Ankers.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 dargestellt, zur Steuerung eines Uhr antriebes, bei der die Pleuelstange I2 weg gelassen ist und zwischen Kurbel ;g und das System<I>a</I> unmittelbar die Kopplungsfeder k geschaltet ist; hierbei schwingt das Pendel a in einer Ebene, die parallel zu jener Ebeiie ist, in der sich die Kurbel g dreht.
Bei diesem Beispiel besitzt die Feder lc in der Ruhelage des Pendels eine gewisse Vorspannung, so dass die drehende Kurbel g über diese vor gespannte Feder das Pendel in der einen oder andern Richtung aus seiner Ruhelage her auszieht und zum Schwingen anregt.
Sowohl in Fig. 3, als auch in Fig. 4 ist eine besondere Elastizität, dargestellt durch eine Feder b, weggelassen, da nämlich die Erdschwere in ihrer Wirkung auf das schwin gende Pendel die Funktion der Feder bezw. Elastizität. ersetzt.. Die Erhöhung des Schwer punktes des Pendels bei seinem Schwingen aus der Mittellage ist nämlich gleichbedeu- tend mit dem Spannen einer Feder.
Im Beispiel der Fig. 5 ist an Stelle einer in Richtung einer Längsachse hin- und her schwingenden Masse eine Masse angeordnet, welche um eine Drehachse drehbar ist, wobei sie mit der Drehachse starr verbunden ist und an .der letzteren eine einseitig einge spannte Spiralfeder b angreift.
Dieses Sy stem a, 1b wird dali2r um die Längsachse hin- und herschwingen'und hierbei an Stelle einer gradlinigen eine drehende, hin- und her gehende Schwingbewegung -ausführen. Mit dieser Achse ist dann die Feder k starr ver bunden, an deren anderem Ende die Pleuel stange h an der Kurbel g angreift.
Die Über tragung der Bewegung der Pleuelstange er- folgt mittelst eines Hebels d, welch letzterer lose drehbar auf der vertikalen Achse des Schwingungssystems a, b gelagert ist; er dient ausschliesslich zur Herbeiführung einer Übersetzung. Die Kopplungsfeder k ist gleichfalls als Spiralfeder ausgebildet.
Wurden bisher Anwendungen der Erfin dungen erläutert, die zur Uhrenregelung zweckdienlich sind, so mögen in den folgen den Ausführungsbeispielen einige andere An wendungsarten erläutert sein.
In Fig. 6 wird das angetriebene schwin gungsfähige System .durch einen Rahmen a (Masse) und Federn b gebildet. Dieser Rah men, a dient zur Aufnahme eines Schüttel- sieb-es (in horizontaler Stellung), zur Auf nahme eines oder mehrerer Sägeblätter (in horizontaler oder lotrechter Stellung, Säge gatter) usw. Die Masse a wird wiederum unter Zwischenschaltung von Kopplungs federn k von der Kurbel g über die Pleuel stangen h angetrieben.
Es wird nun der Rahmen a mit dem Siebe, :den Sägen usw. in eine Schwingbewegung mit wachsender Am plitude versetzt und somit in ihm eine weit grössere Energie aufgespeichert, als durch die Kurbel g zugeführt wird. Diese Energie dient dazu, um .den schweren Rahmen, das Sieb, kurz alle "toten Massen" des hin- und hergehenden Systems in dauernder Bewegung zu erhalten.
Wird nun das Gut in das Sieb eingeschüttet, oder werden diese Sägeblätter auf das Holz zur Wirkung gebracht, so braucht die Kurbel g nur jene Leistung her zugeben, die erforderlich ist, um .den Luft widerstand der ganzen Arbeitsmaschine zu überwinden und ferner das Schüttelgut in Schwingung zu versetzen bezw. um die Schneidearbeit zu leisten.
Nicht aber muss auch bei jedem Hub die weitere Arbeit von der Kurbel hergegeben werden, um den Rahmen und .die andern toten Massen zu be schleunigen bei jedem Hubwechsel; diese Beschleunigungsarbeit ist vielmehr in dem System aufgespeichert. Zu dieser Aufspei cherung wiederum braucht die Kurbel nicht grosse Leistungen herzugeben, da diese im Wege des Aufschaukelns erfolgt, wo also bei jedem Hub nur die Amplitude um Ge ringes vergrössert wird, bis die maximale Amplitude erreicht ist.
Man kann also mit einem kleinen Antriebsmotor trotzdem einen schweren Rahmen in dauernder Schwingung erhalten; die Grösse des Motors braucht nur so bemessen zu sein, dass er die Schüttel arbeit für das Gut bezw. die Schneidearbeit hergibt und den Bewegungswiderstand über windet: er muss aber nicht so gross sein, um ausserdem noch bei jedem Hubwechsel die Beschleunigungsarbeit für die toten Massen hergeben zu können. Dies ist ein wesent licher Vorteil der Erfindung bei Anwen dung zu den erwähnten und ähnlichen Zwecken.
In Fig. <B>7</B> ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das einerseits die Anwendung eines Wärmekraftmotors als antreibendes System und anderseits die gleichzeitige Aus bildung der Kolben eines solchen Motors als angetriebenes schwingungsfähiges System darstellt. Diesem Beispiel liegt die Anwen dung eines Zweitaktmotors zugrunde.
Zwei Zylinder sind als Teile des Ge häuses e ausgebildet und enthalten die Räume b', b2, die einander gegenüber liegen. In jedem dieser Räume ist je ein Kolben a', a= angeordnet, und diese beiden Kolben sind miteinander starr verbunden. Die Kolben stellen gleichzeitig die Massen des angetrie benen schwingungsfähigen Systems dar.
Findet im Raum b' die Explosion statt, so werden die starr verbundenen Kolben al, c-1= nach rechts getrieben und komprimieren das zu verbrennende Gas im Raum b -. Es wird also die dem Kolben mitgeteilte Wucht gleichzeitig zur Kompression eines elasti schen (gasförmigen) Mittels im Raum b= be nutzt, welches nach Herbeiführung der Ex plosion die beiden Massen a', a2 in entgegen gesetzter Richtung zurücktreibt.
Die in dem komprimierten Gas aufgespeicherte Energie, vergleichbar der in der Feder b der früheren Beispiele beim Zusammendrücken derselben aufgespeicherten Energie, dient also zur Be schleunigung der Massen a', a2 in entgegen gesetzter Richtung. Infolgedessen ist keine Wärmearbeit bei Explosion der Gase zur Be schleunigung der Kolben in entgegengesetz ter Richtung aufzuwenden.
Mit den Kolben<I>a',</I> a2 ist je eine Feder 7e', k- verbunden, an deren anderem Ende je ein Führungsstück<I>d',</I> d\ befestigt ist, welch letzteres sieh in dem zylinderartig-_ii Führungslager c', c\ bewegen können. Die Stücke <I>d',</I> d2 sind über Pleuelstangen lt', k\ mit der Kurbel g verbunden, auf deren Welle ein Schwungrad i sitzt.
Dieser Motor wirkt in folgender \'eise: Bei Herbeiführung der ersten Explosion werden die Massen a', a2 aus der Ruhelage beschleunigt, bei der zweiten Explosion tritt eine zusätzliche Beschleunigung in entgegen gesetzter Richtung hinzu, und so fort, bis die Kolben eine hin- und hergehende Schwingbewegung grösster Amplitude er reicht haben. Diese Schwingbewegung mit zunehmender Amplitude wird dadurch er möglicht, dass die Kolben nicht starr, son dern elastisch mit den Pleuelstangen verbun den sind.
Zu Beginn der Arbeit, wo die Amplitude bezw. der Hub der Kolben a', a\ noch gering ist:, werden die Federn k', k2 zunächst nur ein Zittern des Scliwungra.des herbeiführen, bis die Amplitude hinreichend gross ist, dass eine Umlaufbewegung der Kurbel und somit des Schwungrades eingeleitet wird. Sobald dies eingetreten ist, werden trotzdem die Kolben a', a2 ihren Hub weiter vergrössern können, bis sie als freies schwingendes Sy stem das Maximum ihrer Amplitude erreicht haben. Die Federn 7e.', k2 werden hierbei ab wechselnd auf Zug und auf Druck bean sprucht.
Die zugeführte Wärmearbeit wird also nach Erreichung des Gleichgewichtszustan des keine Beschleunigungsarbeit für die Kol ben mehr leisten müssen, sondern ausschliess lich die Verlustarbeit (Reibung) und Nutz arbeit (am Schwungrad bezw. der Welle der Kurbel g entnommen) decken müssen. Durch Änderung des Wärmeinhaltes des brenn baren Gemisches kann eine Leistungsände- rung herbeigeführt werden und somit auch eine Änderung der stationären Amplitude.
Dieser Motor hat :ausser .den angegebenen Vorteilen noch den weiteren, dass er eine möglichst konstante Drehzahl von selbst ein zuhalten bestrebt ist, entsprechend :der Ei genschwingungszahl :des durch !die Massen a1, ra2 und dem Kompressionsgrad bedingten Grössen; durch Änderung des Kompre8sions- grades kann also auch eine Änderung der Schwingungs- und damit der Drehzahl her beigeführt werden.
Im Beispiel :der Fig. 8 ist .als antreiben des System ein Elektromotor in angenommen, dessen Drehbewebgung :durch ein Kurbel getriebe g, h in eine Schwingbewegung um gesetzt wird. Die Drehzahl .des Motors kann einstellbar sein. Die Pleuelstange h ist über eine K opplungsfeid.er k mit einem hin- und hergehenden Stössel a verbunden, an dem wiederum eine Feder b angreift, :die fest im Gehäuse der ganzen Vorrichtung gelagert ist.
Beim Anlauf :des Motors m wird, wie früher beschrieben, das System a, b allmählich auf geschaukelt, seine Amplitude also ver@grö - ssert, und es wird in ihm eine erhebliche Arbeit aufgespeichert, die ein Vielfaches derjenigen betragen kann, welche vom Mo tor m altgegeben wird. Eine solche Vorrich tung kann nun zur Ausübung von Schlag- und Stampfarbeit, beispielsweise als Ham mer, benutzt werden.
Der Stössel a wird eine allmählich .grösser werdende hin- und her- behende Bewegung ausführen, bei seiner grössten Amplitude die .grösste Energie auf gespeichert haben und kann nunmehr an den zu bearbeitenden Gegenstand herbeigeführt werden. Er übt auf diesen beispielsweise einen Schlag von grosser Wucht aus, gibt hierbei seine Energie ab und gelangt im glei- ehen Augenblick fast vollständig zur Ruhe.
Im nä.ehsten Augenblick baginnt wiederum das Aufschaukeln, bis er seine grösste Am plitude erreicht hat und so fort. Wendet man einen rasch laufenden kleinen Motor an, so sieht man, @da:ss man sehr viel starke Schläge hintereinander ausüben kann mit einer Kraft, die um ein Vielfaches grösser ist als diejenige, die der Motor allein bei starrer Verbindung mit dem Stössel a jemals hergeben könnte.
Die Zahl der Schläge kann dadurch verändert werden, @dass man die Spannung der Feder b ändert, durch Aus wechseln gegen eine härtere oder weichere Feder, oder dass man ihre Bindungslänge verkleinert oder verkürzt. Ebenso kann auch die Masse des Stössels a und hierdurch die Eigenschwingungszahl !des Systems geändert werden. An Stelle einer Änderung der Ei genschwingungszahl könnte auch eine Ände rung .der Amplitude oder auch beides auf diesem Wege erreicht werden.
Es ist klar, dass auch in den früheren Beispielen auf gleiche Weise die Schwingung geändert werden kann, beispielsweise in Fig. 2 durch Auswechseln der Feder b oder durch Verlängern oder Verkürzen derselben, indem man :das Gewicht a nach oben oder unten verschiebt. Ebenso kann auch die Masse verändert werden, indem man das Ge wicht a vergrössert oder verkleinert bezw. auswechselt.
Im Beispiel der Fig. 5 müsste ;die Feder h in gleicher Weise verkürzt oder ausgewechselt werden, die Scheibe a müsste ausgewechselt oder durch Auflegen oder Ab nehmen von Zusatzscheiben in ihrer Masse verändert werden usw.
Ebenso kann der Kopplungsgraid geändert werden, indem man :die Federn. k auswechselt, verlängert oder verkürzt. Im Beispiel der Fig. 2 könnte dies dadurch erfolgen, dass man -den Angriffspunkt -der Kurbel h nach oben oder unten verschiebt :an der Feder 7s, ebenso aber auch deren Angriffspunkt an ,der Feder b.
Im Ausführungsbeispiel :der Fig. 9 treibt eine Kurbel g über eine etwas vorgespannte Kopplungsfeder k eine einseitig eingespannte elastische Fläche an. Diese Fläche besitzt sowohl Masse, als auch Elastizität und stellt daher ein schwingungsfähiges .mechanisches System dar. Durch Vergrössern oder Ver kleinern, Anbringen von Löchern usw. kann die Eigenschwingungszahl dieses meichani- schen Systems. geändert werden.
Wenn ,die Drehzahl der Kurbel an genähert oder vollkommen mit der Eigen schwingungszahl, des Systems (der Fläche) a, <I>b</I> übereinstimmt-, wird dieses in Schwin gungen versetzt. Es ist angenommen, dass sich die Fläche in Luft bewegt, und sie wird daher an die umgebende Luft Leistung ab geben. Derart erhält man einen Ventilator oder Fächer. Die Reaktion -des erzeugten Luftstromes bewirkt, da.ss sich die Fläche in entgegengesetzter Richtung fortzubewegen trachtet.
Ist sie daher beispielsweise an einem Luft-, Wasser- oder sonstigen Fahr zeug befestigt, so kann sie einen Vortrieb desselben hervorrufen. Die gleiche Wirkung -wird sie daher auch in jedem andern ela.sti- sehen Mittel (Gase, Flüssigkeiten) hervor rufen können.
Wird in Nähe dieser Flä:ch e und vorzugs weise parallel zu ihr eine andere elastische, einseitig eingespannte Fläche angeordnet, so wird sich die Bewegung,des el.astisühen Mit tels :
durch die Fläche<I>a, b</I> auf diese zweite Fläche übertragen, diese letztere wird in Schwingungen geraten, falls ihre Eigen frequenz derjenigen des Systems<I>a, b</I> ange nähert entspricht, und man erhält derart eine Kraftübertragung über ein elastisches Zwi schenmedium, welches dann als elastische Kopplung wirkt.
Im Beispiel der Fig. 10 ist das antrei- bende System .elektrisch aasgebildet. Auf permanenten Polen na, <I>s</I> ist eine Wicklung aufgebracht, die von Wechselstrom -durch- flossen wird und daher ein Wechselfeld er zeugt.
Der Anker a ist mit einer Kurzschluss- wicklung versehen und mit einer Blattfeder b fest zerbunden, welch letztere eingespannt ist. Beim Anwachsen des Wechselfeldes wird der Kurzschlussanker a zu drehen gesucht, hierbei wird die, Feder b gespannt und der Anker a daher beim Verschwindendes Feldes nach einer Halbperiode wieder in die ge zeichnete Lage zurückgeführt. Hierbei wird die Schwungmasse des Ankers a aufgeladen,
und -das in -der nächsten Halbperiode anwach sende Wechselfeld kommt wieder zur Wir kung und dreht den Anker weiter in gleicher l..ichtüng, wobei wiederum die Feder b ge spannt wird usw. Hierdurch findet ein Auf schaukeln dies Systems<I>a, b</I> statt mit immer grösser werdender Amplitude. Hier ist also der Anker a sogleich als blasse des angetrie benen Systems mitbenutzt.
.Mit !dem Anker a kann nun ein weiteres System verbunden werden, -das ebenfalls elektrischer Art sein kann. a:m Beispiel der Fig. 11 ist mit ihm (unter Fortlassung ent sprechender Teile der Fig. 10) eine schwin gende Fläche verbunden, die sowohl illasse, als .auch Elastizität (a1, b1) besitzt.
Derart wird das umgebende Medium in Bewegung gesetzt und Nutzarbeit (Ventilatorarbeit, Vortrieb) geleistet. Nasch tdein Aufschaukeln des Systems hat das treibende Wechselfeld nur Verlustarbeit (Reibung) und Nutzarbeit zudecken, nicht aber auch bei jeder Bewe gungsumkehr Beschleunigungsarbeit aufzu bringen, worin. der Vorteil dieser Ausführung liegt.
Die Eigens:chwin.gungszah l des Sy stems a1, b' soll möglichst ,gleich derjenigen des Systems a, b sein. Die letztere ist ver änderlich, beispielsweise durch Auswechseln der Feder b oder Verschieben der Einspann stelle (Verlängerung, Verkürzung der Feder länge).
Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Drehfeld. Die drei feststehenden Pole sind mit je einer Phasenwicklung eines Dreh stromes versehen. Der Anker a trage bei spielsweise eine Kurzsch-lusswicklung; Das erzeugte Drehfeld wird,den Anker a in einer Richtung mitnehmen, wegen der eigenartigeii Ausbildung (Aussparungen) wird aber die ausgeübte Kraft hierbei verringert, und die Feder b bewirkt die Rückführung des An kers a. Elektrisch wirkt diese Einrichtung genau so, wie Fig. 10, indem jeder Pol als von Wechselstrom erregt angesehen werden kann. Die Felder dieser Pole sind um 120 elektrische Grade räumlich gegeneinander versetzt.
In Fig. 13 ist schliesslich ein Ausfüh rungsbeispiel gezeigt, bei dem der Anker a drei Wicklungen 1, 2, 3 trägt. Jede dieser Wicklungen ist an beiden Enden zu je einer Lamelle eines Kommutators geführt.
Auf dem Kommutator sitzt das Kurzschluss- bürstenpaar v, ao, dessen Bürstenbrücke einen Anschlag z beisitzt, der zwischen den festen und gegebenenfalls einstellbaren Anschlägen zs19 zt2 beweglich ist. Wechselstrom wird den auf den Polen x, y angeordneten Wicklungen zugeführt.
In einem Moment sei durch die Kurzschlussbürsten die Wicklung 3 kurzge schlossen. Das auftauchende Wechselfeld wird einen Strom in dieser Wicklung 3 indu zieren, wodurch der Anker im Sinne des Uhrzeigers bewegt wird. Die Wicklung 3 wird also- in die gezeichnete Stellung der Wickhtng 1 gebracht. Die am Kommutator sitzenden Bürsten werden hierbei durch Rei bung am Kollektor mitgenommen und hal ten,den Kurzschluss der Wicklung 3 aufrecht, bis -der Anschlag z an den Anschlag u1 auf schlägt.
Der Anker a wird infolge seiner Wucht noch etwas weiter schwingen in glei cher Richtung, hierdurch verschieben sich die festgehaltenen Bürsten auf dem Kommuta- tor und schliessen nunmehr (die Wicklung 1 kurz, welche unterdessen in .die gezeichnete Lage der Wieklung 2 gelangt ist. Das Wech- selfeld erregt nun in dieser Wicklung 1 einen Strom, welcher den Anker entgegen ,der Uhr zeigerrichtung zu bewegen trachtet.
Hierbei wird wiederum die Bürstenbrücke mitgenom men, bis der Anschlag z in die .gezeichnete Lage zurückgekehrt ist, die Bürstenbrücke gleitet nunmehr auf dem Kommutator und schliesst wiederum die Wicklung 3 kurz und so fort. Die Wechselfrequenz muss ange nähert mit der Frequenz der Eigenschwin- gu.ng des Systems a, % übereinstimmen. Dieses schaukelt sich hierbei auf, so dass das Wech selfeld wiederum nur Nutz- und Verlust arbeit, nicht aber Beschleunigungsarbeit zu leiten hat.
Bei grossen Amplitnden kommt auch die Wicklung 2 in ähnlicher Weise zur )ÄTirkung. Die beschriebenen Beispiele erschöpfen die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung nicht.
Die Beispiele der Fig. 3, 4, 5 können nicht nur zur Uhrenregelung, sondern<B>all-</B> gemein zur Regelung einer Drehzahl oder einer Schwingungszahl benutzt werden.
Das Beispiel der Fig. 6 kann ausser zum 2-1ntreiben von Schüttelsieben und Sägegat tern auch zu beliebiger anderer Arbeit be nutzt werden.
Das Beispiel der Fig. 7 kann ausser für Zweitaktmotoren auch für 1VIehrtaktmotoren verwendet werden, wenn nur die Arbeits perioden so kombiniert sind, dass jedem Ex plosionshub ein gleichzeitiger Kompressions hub entspricht.
Im Beispiel der Fig. 8 kann an Stelle eines Stössels, eines Hammers jedes andere Schlagwerkzeug, Presswerkzeug, Stampfwerk- zeug, S,ahneidewerkzeug, allgemein also ein formänderndes Element, Verwendung finden.