DE1033462B - Drehstabenergiespeicher - Google Patents

Drehstabenergiespeicher

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DE1033462B
DE1033462B DES46273A DES0046273A DE1033462B DE 1033462 B DE1033462 B DE 1033462B DE S46273 A DES46273 A DE S46273A DE S0046273 A DES0046273 A DE S0046273A DE 1033462 B DE1033462 B DE 1033462B
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DE
Germany
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torsion
torsion bar
energy storage
rotation
torsion bars
Prior art date
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Pending
Application number
DES46273A
Other languages
English (en)
Inventor
Paul Duffing
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of DE1033462B publication Critical patent/DE1033462B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G1/00Spring motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F3/00Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic
    • F16F3/02Spring units consisting of several springs, e.g. for obtaining a desired spring characteristic with springs made of steel or of other material having low internal friction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H33/00Gearings based on repeated accumulation and delivery of energy
    • F16H33/02Rotary transmissions with mechanical accumulators, e.g. weights, springs, intermittently-connected flywheels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H2706/00Rotary transmissions with mechanical energy accumulation and recovery without means for automatic selfregulation essentially based on spring action or inertia

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Golf Clubs (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dieses Ausführungsheispiel bezieht sich auf einen Drehstabenergi-espeicher, der als Antrieb für irgendwelche Geräte, z. B. für elektrische Schaltgeräte; verwendet werden kann.
  • 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.
  • Fig. 5 und 6 zeigen Ansichten der Drehstabträger. Fig. 7 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Drehstabenergiespeicher, bestehend aus zwei gegeneinander verdrehbaren Drehstabträgern, die durch ein Torsionsglied miteinander verbunden sind, das aus zwei oder mehreren Drehstäben besteht, welche symmetrisch zur Drehachse des Energiespeichers nach Art einer Schraubenlinie um diese Drehachse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstäbe untordiert in die Drehstabträger derart eingesetzt sind, daß der Drehsinn der Schraubenlinie entgegengesetzt der Drehrichtung des drehbaren Drehstabträgers beim Spannen des Energiespeichers ist, so daß die Drehstäbe beim Spannen des Energiespeichers zunächst ihre gestreckte Gestalt annehmen und bei weiterer Spannung des Energiespeichers eine der anfänglichen Schraubenlinie entgegengesetzt gerichtete Schraubenlinie bilden.
  2. 2. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Drehstäbe verdickt sind.
  3. 3. Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungen der Enden der Drehstäbe so ausgebildet sind, daß sie in einem Sektor Platz haben, welcher von den beiden von der Drehachse ausgehenden., an den. Kreisquerschnitt des Drehstabes anliegenden Tangenten gebildet wird.
  4. 4. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Drehstäbe umgebogen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 767 478; deutsche Patentanmeldung C 6836 XII / 47a (bekanntgemacht am 5. 3. 1953).
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