DE1301667B - Vorrichtung zum zeitweiligen Speichern kinetischer Energie - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum zeit- umgekehrt und wickelt sich kontinuierlich auf oder

weiligen Speichern kinetischer Energie, mit einer an ab, während im zweiten Fall das Element um eine

eine Arbeitswelle kuppelbaren Nabe und einem dazu Mittelstellung pendelt.

konzentrischen, relativ zur Nabe drehbaren Ring, Es sind zwar Schwungräder bekannt, bei denen zwischen denen mit radialem Spiel mindestens ein 5 durch ein im wesentlichen radiales Verschieben von bandförmiges Element aus einem biegsamen, schwe- konzentrierten Massen unter dem Einfluß der Zentriren Stoff angeordnet ist, dessen eines Ende mit der fugalkraft und der ihr entgegenwirkenden Rückstell-Nabe verbunden ist, und daß zur Speicherung der kraft von Federn eine Änderung des Trägheitskinetischen Energie höchstens mit einer geringen moments möglich ist. Bei diesen Schwungrädern sind Biegefestigkeit ausgebildet ist. io aber Nabe und Ring starr miteinander verbunden, so

Im Hauptpatent ist eine Vorrichtung dieser Art daß die relative Drehbarkeit als Voraussetzung der beschrieben, bei der dieses bandförmige Element Erfindungsaufgabe nicht gegeben ist. Außerdem ist zwischen der zentralen Nabe und dem äußeren Ring das Trägheitsmoment von der Winkelgeschwindigkeit zu mehreren Windungen aufgewickelt ist, die nach abhängig, so daß an der oberen Grenze des möglichen dem Aufwickeln noch ein gewisses radiales Spiel be- 15 Trägheitsmoments keine Änderung mehr zu größeren lassen. Die Vorrichtung dient zum Beschleunigen Werten möglich ist. Demgegenüber ist beim erfineines Körpers, insbesondere zum Anlassen eines dungsgemäßen Schwungrad das Trägheitsmoment unMotors, abhängig von der Winkelgeschwindigkeit, so daß der

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Änderungsbereich nach oben und unten bei allen

Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent dahingehend ao Winkelgeschwindigkeiten derselbe ist.

weiterzubilden, daß sie geeignet ist, eine zeitliche Die Erfindung ist im folgenden an Hand der auf

Verteilung der auf Schwankungen in der Drehzahl der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele im

der treibenden oder getriebenen Welle zurückzufüh- einzelnen erläutert. Es zeigen

renden Energieschwankungen zu bewirken. Diese F i g. 1 bis 4 Stirnansichten verschiedener Ausfüh-

Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das 25 rungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

bandförmige Element als Kette ausgebildet ist, die an F i g. 5 und 6 Axialschnitte einer als Torsions-

mindestens einer Stelle an der Nabe angelenkt ist, schwingungsdämpfer bzw. als Kupplung verwendeten

wobei die Länge der Kette im Vergleich zu den Ausführungsform,

Durchmessern von Nabe und Ring so gewählt ist, F i g. 7 ein in vergrößertem Maßstab dargestellter

daß die Kette höchstens eine Windung um die Nabe 30 Teil eines Radialschnitts einer Ausführungsform mit

herum aufweist. vergrößerter Reibung zwischen Ring und flexiblem

Eine solche Vorrichtung vermag die Torsions- Element,

Schwingungen einer Welle zu dämpfen. Sind die Nabe F i g. 8 einen Teil eines Axialschnitts einer weite-

und der Ring mit einer Antriebswelle bzw. einer Ab- ren Ausführungsform mit vergrößerter Reibung zwi-

triebswelle fest verbunden, so kann die Vorrichtung 35 sehen Ring und flexiblem Element,

als Kupplung dienen, bei der die schwere, flexible Fig. 9 eine Draufsicht eines abgewickelten,

Kette das Drehmoment von der Antriebswelle auf die flexiblen Elements, in verkleinertem Maßstab.

Abtriebswelle überträgt, wobei praktisch keine durch Im folgenden sind gleiche Teile in allen Figuren

Reibung hervorgerufenen inneren Verluste auftreten. mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Zur Unter-

Die beiden Enden der Kette können durch irgend- 40 scheidung der verschiedenen Ausführungsformen sind

welche Befestigungselemente fest mit der Nabe bzw. die Bezugszahlen mit einem entsprechenden Index

dem Ring verbunden sein, um die Mitnahme des gekennzeichnet.

Ringes auch bei einer Abweichung der Vorrichtung Bei einer ersten Ausführungsform ist eine Welle von ihren normalen Betriebsbedingungen zu gewähr- 1 α mittels einer durch eine Mutter 4 (Fig. 5) in leisten. Es ist jedoch im allgemeinen der äußere Ab- 45 axialer Richtung vorgetriebenen konischen Spannschnitt der schweren und flexiblen Kette mit dem hülse 3 fest mit einer Nabe 2 α verbunden ist (F i g. 5 sich bewegenden Ring nur durch die auf seine eigene und 6). An der Nabe 2 α sind bei 8 a, beispielsweise Trägheit zurückzuführenden Reibungskräfte verbun- mit Hilfe von Kugelgelenken oder Gummiblöcken, den, so daß diese Ausführungsform zusätzlich auch die kugelgelenkartige Halter bilden, mehrere Ketten als Drehmomentbegrenzer dienen kann. 50 5 a gelenkig befestigt, die an ihrem anderen Ende 9 a

Im Gegensatz zu der Vorrichtung gemäß dem ebenfalls gelenkig an einem Ring 6 α befestigt sind,

Hauptpatent, bei der das flexible Element, das in der zu der Nabe 2 α im wesentlichen koaxial angeord-

dem Ring von der Nabe weg und umgekehrt ver- net ist.

schoben werden kann, vorzugsweise dünn ausgebil- In einer mittleren Arbeitsstellung kann jede Kette det ist und eine Vielzahl von Windungen aufweist, 55 5 α mit einem sich wenigstens von einem ihrer Enden werden also bei der Vorrichtung gemäß der vorlie- 8 α bzw. 9 α aus erstreckenden Bereich an der Nabe genden Erfindung ziemlich starke Ketten verwendet. Za bzw. dem Ring 6 α anliegen. Die zweckmäßigste Diese Ketten weisen aber höchstens eine einzige Mindestlänge des zwischen der Nabe und dem Ring Windung auf. Aus diesen Konstruktionsunterschieden liegenden, durch die gespannten Kettenglieder gebilgeht hervor, daß die tatsächlich von der Nabe zum 60 deten Teil der Kette, den man als freies Trum be-Ring und umgekehrt übertragene wirksame Masse zeichnen kann, ist gleich der halben Länge des des Elements sowie die für die Übertragung auf- Segments, das von dem Ring durch eine an der Nabe gewendete mechanische Energie und die Verände- anliegenden Tangente abgeschnitten wird. Dieser rung des Trägheitsmoments bei der als Schwungrad Grenzfall entspricht einer zwangläufigen Mitnahme verwendeten Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent 65 des Ringes durch die Nabe in lediglich einer Drehbedeutend größer sind als bei einem Schwingungs- richtung dieser Teile relativ zueinander. Die Form dämpfer oder einer Kupplung. Im ersten Fall bewegt einer sich im Gleichgewicht befindenden Kette, die sich das Element von dem Ring auf die Nabe oder wenigstens an einem ihrer Enden tangential anliegt.

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hängt in der Praxis von dem übertragenen Dreh- spielsweise dadurch erreicht werden, daß die Dicke

moment oder der relativen Drehgeschwindigkeit ab, oder die Anzahl der Kettenglieder verschieden ge-

wobei diese beiden Größen voneinander abhängig wählt wird,

sind. F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung

Es ist denkbar, daß eine einen Teil eines Schwin- 5 mit einer Nabe 2 c, deren Drehung gegenüber dem gungsdämpfers oder einer Kupplung darstellende Ring 6 c durch irgendwelche bekannten Mittel, wie Kette sich über mehr als eine Windung erstreckt, aber z. B. nicht dargestellte Anschläge, auf einen Wert beder wirksame Teil dieser Kette, der langer als das grenzt ist, der erheblich unter dem bei der Drehung freie Trum ist und durch die Kettenglieder gebildet der entsprechenden Elemente des im Hauptpatent bewird, die während der mehr oder weniger pendelnden io schriebenen Schwungrades auftretenden Wert liegt. Bewegung der Vorrichtung wenigstens vorübergehend In einer zur Drehachse rechtwinklig liegenden Ebene zwischen der Nabe und dem Ring unter Spannung weist diese Nabe 2 c eine derartige Form auf, daß der freiliegen, ist bedeutend kürzer als die Kette selbst, Radiusvektor R des Tangentialpunktes, also des im Gegensatz zu einer als Schwungrad dienenden Punktes, an dem das flexible Element 5 c von der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent, bei der der 15 Nabe abhebt, von der Gleichgewichtslage aus zuwirksame Teil des Bandes sehr viele Windungen um- nimmt. In diesem Fall ist ein Gegengewicht 11 oder faßt. eine entsprechende Phasenverschiebung mehrerer

Wie F i g. 5 zeigt, ist die Verschiebung des Ringes Grundelemente 2 c vorgesehen. Natürlich kann auch

6 e in axialer Richtung durch zwei zusammengesetzte eine Veränderung des Innenradius des Ringes 6 c vor-

Flansche, die an der Nabe 2 e vorgesehen sind, und in 20 gesehen werden.

radialer Richtung durch seine Anlage an einer der Wie das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel

Ketten 5 e begrenzt. Bei der in F i g. 6 dargestellten zeigt, kann schließlich auch der Abstand D, das ist

Ausführungsform ist der Ring 6 / fest mit einer Ab- die Länge des wirksamen Hebelarmes der an der

triebswelle 7 verbunden, die mit der Antriebswelle 1 / Verbindungsstelle des einen Endes 8 d einer Kette 5 d

fluchtet. Durch die Verwendung der Kugelgelenke 25 mit der Nabe 2 d angreifenden Kraft F, gegenüber

8 / und 9 / können in der Ausrichtung der beiden einer Gleichgewichtslage veränderlich sein, indem der

Wellen 1 / und 7 gewisse Fehler zugelassen werden. Kette 5 d eine derartige Länge gegeben wird, daß sie

An Stelle des Ringes 6 e (F i g. 5) kann selbstver- an ihrem Anlenkpunkt einen Winkel mit der an der

ständlich ein Ring vorgesehen sein, der dem Ring 6 / Nabe 2 d anliegenden Tangente T bildet. Dieser

der F i g. 6 entspricht, aber an Stelle der Befestigungs- 30 Winkel und die Entfernung D verändern sich natür-

mittel 3 und 4 direkt auf der Welle 1 e gelagert und lieh, wenn sich die Stellung der Nabe 2 d gegenüber

mittels ihr zentriert ist. dem Ring 6 d verändert.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der Wenn die Verbindung der äußeren Enden der die Ketten 5 b mittels der Gelenke 8 b an der Nabe Ketten 5 mit dem Ring 6 lediglich auf der Reibung 2 b befestigt, also mit ihrem inneren Ende fest mit 35 zwischen diesen Teilen beruht, wie es bei den Ausder Nabe verbunden sind. Da ihr äußeres Ende unter führungsformen der Fig. 2 bis 4 der Fall ist, kann der Wirkung der Trägheitskräfte fest am Ring 6 b an- eine Erhöhung dieser Reibung vorteilhaft sein. Zu liegt, wird der Ring infolge der zwischen ihm und den diesem Zweck sind bei der in F i g. 7 dargestellten Ketten entstehenden Reibung von den Ketten mit- Ausführungsform die Glieder der Kette 5 g mit vorgenommen. Die Länge der Ketten 5 b beträgt bei 40 zugsweise abgerundeten Vorsprüngen 12 versehen, dieser Ausführungsform etwa die Hälfte des Innen- wobei diese Vorsprünge 12 mit ebenfalls abgerundeumfanges des Ringes. Um die Symmetrie der Vor- ten, zylindrischen Profilnuten in der inneren Umrichtung zu vervollständigen, können die äußeren fangsfläche des Ringes 6 g zusammenwirken. Bei der freien Enden 9 b der Ketten 5 b mit einem koaxial Ausführungsform gemäß F i g. 8 ist der Ring 6 h mit zur Welle 1 b angeordneten Schwinghebel 10 verbun- 45 mehreren Ringnuten versehen, die schräge Flanken den sein, der um die Welle 1 b frei drehbar ist. Bei 13 aufweisen, an denen sich entsprechend profilierte drei Ketten 5 b ist statt des Schwinghebels 10 ein Vorsprünge 14 der eine Kette 5 h bildenden Kettendreieckiges Element mit drei um 120° zueinander glieder abstützen. Im Falle einer Ausbildung gemäß versetzt angeordneten Gelenkverbindungen vorzu- F i g. 7 schwankt das Reibungsmoment um einen sehen usw. Der Schwinghebel 10 kann auch weg- 50 Mittelwert herum, und beim Abgehen von einem Zufallen, wenn das äußere Ende 9 b jeder Kette 5 & an stand, in dem die Nabe und der Ring also Antriebsder jeweils benachbarten Kette, beispielsweise der und Abtriebswelle die gleiche Winkelgeschwindigkeit Stelle A, befestigt wird (F i g. 2). haben, kann ein Rutschen zwischen der Kette und

Es ist auch möglich, eine größere Anzahl flexibler dem Ring nur dann stattfinden, wenn das von der

Elemente vorzusehen, indem wie bei der Vorrichtung 55 Kette auf den Ring übertragene Antriebsmoment

gemäß dem Hauptpatent mehrere Naben und Ringe einen Wert überschreitet, der gleich der Summe des

parallel oder hintereinander angeordnet werden. Im mittleren Reibungsmoments und des größtmöglichsten

letzteren Falle kann zwischen jeder Nabe und dem zusätzlichen Moments ist. Im zweiten Fall ist das

koaxial dazu liegenden Ring eine Zwischenbuchse an- Reibungsmoment gleich dem Produkt aus der Zentri-

geordnet sein, wobei jeweils zwei flexible Elemente 60 fugalkraft und dem mittleren Berührungsradius, ge-

die Nabe bzw. den Ring von der eine Doppelfunktion teilt durch den Sinus des Neigungswinkels der Flanken

ausübenden Buchse trennen. 13 zur radialen Richtung.

Der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Das lediglich durch Reibung übertragene Moment

Torsionskraft verliehen werden, die sich mit der einer Kette kann auch dadurch erhöht werden, daß

Winkelverschiebung der Nabe relativ zum Ring ver- 65 die Kette eine größere Wicklungslänge als nur eine

ändert, indem Ketten 5 gewählt werden, deren Masse einzige Windung erhält, indem beispielsweise eine

pro Längeneinheit von ihrem inneren Ende 8 zu verhältnismäßig kurze Kette 51 durch zwei zu beiden

ihrem äußeren Ende 9 hin zunimmt. Dies kann bei- Seiten der ersten Kette angeordnete Ketten 15 der

halben Breite verlängert wird. Eine derartige Kette ist in F i g. 9 in abgewickeltem Zustand dargestellt.

Die beschriebenen Vorrichtungen können vor allem zur Stabilisierung der ungleichmäßigen Drehbewegung einer Welle 1 verwendet werden, mit der die Nabe 2 e fest verbunden ist (F i g. 5). Der Ring 6 e und die flexiblen Elemente 5 e gestatten eine zeitliche Verteilung der an der Welle auftretenden Energieschwankungen, ohne Energieverschwendung. Dadurch ist die Dämpfung von Torsionsschwingungen möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aber auch zur Kupplung einer antreibenden Welle 1 mit einer angetriebenen Welle 7 dienen, die im wesentlichen fluchtend angeordnet sind und mit denen die Nabe 2 bzw. der Ring 6 / fest verbunden sind (F i g. 6). Die Wellen 1 und 7 drehen sich mit der gleichen mittleren Winkelgeschwindigkeit, aber die Antriebswelle 1 kann sich mit einer ungleichmäßigen Bewegung drehen, die nicht auf die angetriebene Welle 7 übertragen werden soll. Jede Drehung der Nabe 2 / gegenüber dem Ring 6 / wirkt sich in einer Verschiebung der im Ausführungsbeispiel als Kette 5/ ausgebildeten schweren Elemente aus, nämlich einer Verschiebung dieser Elemente von der Nabe zum Ring hin oder umgekehrt, also in einer gewissen Arbeit. Die Ketten oder ähnliche flexible und schwere Elemente gestatten also eine zeitliche Verteilung der auf die Vorrichtung durch die Drehung der antreibenden Welle übertragenen Energieschwankungen.

Eine derartige Vorrichtung kann zusätzlich oder vorübergehend auch als Drehmomentbegrenzer verwendet werden, wenn die flexiblen Elemente, beispielsweise die Ketten 5b,Sc,5d,5g oder 5 h, lediglich durch Reibung mit dem zugeordneten Ring verbunden sind. Die Nabe 2 und der Ring 6 können auch mit Markierungen oder Gradeinteilungen versehen werden, so daß, insbesondere durch Stroboskopie, auf einfache Weise die Messung der Verschiebung zwischen Nabe und Ring möglich ist. Aus dieser Messung kann der Wert des übertragenen Drehmoments ermittelt werden.

Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Anordnung von Drehgelenken oder drehgelenkartig wirkender Verbindungsglieder an den Enden 8 und 9 der flexiblen Elemente 5 eine gewisse Abweichung in der Ausrichtung der Wellen in Kauf genommen werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum zeitweiligen Speichern kinetischer Energie, mit einer an eine Arbeitswelle kuppelbaren Nabe und einem dazu konzentrischen, relativ zur Nabe drehbaren Ring, zwischen denen mit radialem Spiel mindestens ein bandförmiges Element aus einem biegsamen, schweren Stoff angeordnet ist, dessen eines Ende mit der Nabe verbunden ist, und das zur Speicherung der kinetischen Energie höchstens mit einer geringen Biegesteifigkeit ausgebildet ist, nach Patent 1 253 962, dadurch gekennzeichnet, daß das bandförmige Element als Kette (5) ausgebildet ist, die an mindestens einer Stelle an der Nabe (2 a, 2 b, 2 d) angelenkt ist, wobei die Länge der Kette (5) im Vergleich zu den Durchmessern von Nabe (2) und Ring (6) so gewählt ist, daß die Kette (5) höchstens eine Windung um die Nabe herum aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Reibungskraft in tangentialer Richtung der Ring (6 g 6 h) auf der Innenseite Rillen (12, 13) und die Kette (5 g, 5 h) auf der Außenseite korrespondierend ausgebildete Vorsprünge (14) aufweisen (Fig. 7, 8).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden zweier Ketten (5 d) je gemeinsam an zwei Stellen an der Nabe (2 d) befestigt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur Kupplung der treibenden Arbeitswelle (1 /) mit einer Abtriebswelle (7) die Nabe (2/) auf der Arbeitswelle (1 /) und der Ring (6 /) auf der Abtriebswelle (7) befestigt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden (8 b) mehrerer Ketten (5 b) in regelmäßigen Abständen an der Nabe (2 b) und die äußeren Enden (9 b) symmetrisch an radialen, zwischen sich gleiche Winkel einschließenden Armen (10) befestigt sind, die gemeinsam um die Nabe (2 b) drehbar gelagert sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2 c) eine äußere Mantelfläche aufweist, deren Abstand vom Zentrum der zugeordneten Welle (1 c) sich zwischen einem Kleinstwert und einem Größtwert stetig ändert, und daß ein Gegengewicht (11) zum Ausgleich der Nabenunwucht vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung mindestens eines Endes (8 f, 9 /) des bandförmigen Elements (5 /) ein Kugelgelenk vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen