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Drehstabenergiespeicher Es sind Drehstabenergiespeicher bekannt, die
aus zwei gegeneinander verdrehbaren Drehstabträgern und einem diese beiden Drehstabträger
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.
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Es gibt auch Drehstabenergiespeicher, welche aus zwei gegeneinander
verdrehbaren Drehstabträgern bestehen, die durch ein Torsionsglied miteinander verbunden
sind und von denen einer axial gegen den anderen beweglich ist. Das Torsionsglied
ist aus zwei oder mehreren Drehstäben gebildet. Diese können symmetrisch zur Achse
des Energiespeichers nach Art einer Schraubenlinie um die Drehachse angeordnet sein.
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Werden beim Spannen eines solchen Drehstabenergiespeichers die beiden
Drehstabträger um ihre gemeinsame Achse gegeneinander verdreht, so verringert sich
deren axiale Entfernung. Der bewegliche Drehstabträger kann daher nur um einen kleinen
Winkel gegenüber dem anderen verdreht werden, weil sonst seine axiale Bewegung zu
groß wird. Hierdurch ist aber der Verwendungsbereich derartiger Drehstabenergiespeicher
beschränkt.
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Die Erfindung betrifft daher einen Drehstabenergiespeicher, welcher
aus zwei gegeneinander verdrehbaren Drehstabträgern besteht, die durch ein Torsionsglied
miteinander verbunden sind, welches aus zwei oder mehreren Drehstäben gebildet wird,
wobei die Drehstäbe symmetrisch zur Drehachse des Energiespeichers nach Art einer
Schraubenlinie um die Drehachse angeordnet sind. Bei einem solchen Drehstabenergiespeicher
werden die oben erwähnten Nachteile erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Drehstäbe
untordiert in die Drehstabträger eingesetzt sind, daß der Drehsinn der Schraubenlinie
entgegengesetzt der Drehrichtung des drehbaren Drehstabträgers beim Spannen des
Energiespeichers ist. 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 Oberfläche eines Zylinders bilden.
Im letzten Falle können für die Drehstabträger gleichartige Teile verwendet werden.
Bei der Aufladung des Energiespeichers werden die Drehstabträger gegeneinander in
solcher Richtung verdreht, daß die schraubenlinienförmige Verbiegung der Drehstäbe
zunächst verringert wird, wobei die Drehstäbe tordiert werden. Vorzugsweise erfolgt
diese Verdrehung um einen solchen Winkel, daß die Drehstäbe über die Strecklage
hinaus zu einer Schrauben-Linie gebogen werden, die zu der ursprünglichen Schraubenlinie
entgegengesetzt verläuft. Werden beispielsweise die Drehstäbe so eingesetzt, daß
die beiden Radien, die durch die Enden der Drehstäbe hindurchgehen, einen Winkel
von + 90° einschließen, so erfolgt die Verdrehung zweckmäßig um 180° in der Weise,
daß am Ende der Verdrehung diese beiden Enden einen Winkel von - 90° bilden. Dadurch,
daß man die Drehstäbe in Form einer Schraubenlinie aber untordiert einsetzt, wird
erreicht, daß beim Spannen des Energiespeichers die Längenänderung 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
Durchmesser 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 bis 14 zu entnehmen.
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Dieses Ausführungsheispiel bezieht sich auf einen Drehstabenergi-espeicher,
der als Antrieb für irgendwelche Geräte, z. B. für elektrische Schaltgeräte; verwendet
werden kann.
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Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Drehstabenergiespeichers,
teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt.
Fig. 2 bis 4 zeigen
einen Drehstab in drei Ansichten.
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Fig. 5 und 6 zeigen Ansichten der Drehstabträger. Fig. 7 ist ein Querschnitt
nach der Linie A-B der Fig. 1.
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Fig. 8 und 9 zeigen Einzelheiten der Drehstabverformung, Fig. 10 und
11 verschiedenartige Ausführungen von Drehstabträgern und Fig. 12 bis 14 besondere
Ausbildungsmöglichkeiten der Drehstabenden.
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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 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 Ouerschnitt
22. Die möglichst nicht scharf, sondern mit einem Bogen mit großem Radius abgewinkelten
Enden 20 und 21 bilden mit dem Stab selbst j e einen Winkel 23 von 90". Betrachtet
man den Stab in seiner Achsrichtung, so bilden die Enden 20 und 21 ebenfalls einen
Winkel 24 von 90° (vgl. die Fig. 4). Der Winkel kann aber auch größer oder kleiner
als 90° sein.
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Die Drehstabträger 1 und 2 sind in den Fig. 5 und 6 aus den Pfeilrichtungen
9 und 10 der Fig. 1 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.
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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 11' des Drehstabträgers
1 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 Schneckengewinde 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.
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Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 1-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 (vgl. Fig.9), 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 dann
wieder ab, wobei sich die Stäbe etwas nach außen durchdrücken. Die von den Punkten,
a bis d ausgehenden und sich nach den Punkten ä bis d' erstreckenden Fasern sind
schraubenlinienförmig verdreht. Man kann den Energiespeicher weiter, z. B. noch
einmal um 90°, spannen, indem der Drehstabträger 2 im gleichen Pfeilsinn 30 um 90°
weitergedreht wird. Dadurch wird der Drehstab wieder in eine Schraubenlinie um die
Welle 25 gebogen. Diese Schraubenlinie verläuft aber entgegengesetzt zur Schraubenlinie
gemäß der Fig. 1. War sie ursprünglich z. B: linksgängig, so ist sie jetzt rechtsgängig.
Bei dieser Bewegung wird der Drehstab weiter tordiert. Der Energiespeicher wird
dadurch entladen, daß man den Anschlag 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 180° nachläuft. Nach Ablauf des Vorganges steht
die Kurbel 29 an dem Anschlag 37, der um 180° gegenüber dem Anschlag 33 versetzt
angeordnet ist.
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Wird jetzt durch Drehen der Schnecke 28 der Drehstabträger 2 wieder
um 180° gedreht, so wird der Energiespeicher erneut geladen. Durch Fortziehen des
Anschlages 37 in Richtung 38 wird der Energie-Speicher 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 180° kann der Schalter z. B. ein- und bei der zweiten Kurbeldrehung um 180° ausgeschaltet
werden.
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Die Fig. 11 und 10 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Drehstabträgern.
Bei diesen sind die Nuten 50, 51 für die Aufnahme der Enden der Drehstäbe nicht
radial, sondern tangential zu den Bohrungen 53, 56 der Drehstabträger 54, 55 gerichtet.
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Die Fig. 12 bis 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 vermeiden. Insbesondere kann man erreichen,
daß die Drehungsbelastbarkeit der Drehstäbe voll ausgenutzt werden 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 vorn. Der Stab 19 läuft von der Seite gesehen in eine pfeifenähnliche
Form 57 aus. In axialer Richtung 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 gelegt werden. Die Drehstäbe liegen auch hier vorteilhafterweise nicht
eng aneinander und auch nicht an der Welle 25; dathit sie bei der Verstellung der
Drehstabträger gegeneinander genügend Bewegungsfreiheit haben.
Die
Erfindung kann nicht nur bei Schaltern, insbesondere Expansions- und Hochspannungstrennschaltern,
sondern überall dort benutzt werden, wo es sich um die Weiterschaltung von Getriebeteilen
über Energispeicher handelt. Besonders ist die Erfindung dort vorteilhaft, wo große
Energien gespeichert werden sollen.