DE19617430A1 - Trägheitsrotationssystem - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Rotationssystem, das unter Ausnutzung von Trägheitskräften Drehimpulse erzeugt, die zur Gewinnung von einsinnigen Drehbewegungen eingesetzt werden.

Aus der deutschen Patentanmeldung 31 41 024 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung einer durch das Schwingen einer Masse erzeugten Energie in eine kontinuierlich sich drehende Antriebskraft bekannt. Dabei wird die Energie einer in einer Ebene hin- und her oder auf- und abschwingenden Masse in eine in einer Richtung hin wirksame drehbare Rotationskraft umgewandelt. Gleichzeitig wird ein Drehen zurück in die Gegenrichtung gesperrt und die Rotationskraft über Antriebs­ elemente als eine motorische Antriebskraft nutzbar gemacht. Dabei können die Schwingungen in einem Ratschengetriebe in eine sich drehende Antriebs- oder Torsionskraft umgewandelt und als mechanische oder über einen angekoppelten Generator als elektrische Energie verfügbar gemacht werden. Beschrieben wird dort, daß zur Fortbewegung eines Fahrzeuges motorische Antriebskraft aus den vertikalen Schwingungen des Fahrzeuges, die üblicherweise in den Stoßdämpfern verloren gehen, gewonnen und auf die Antriebsräder übertragen oder einem Elektrogenera­ tor zur Stromerzeugung zugeführt werden kann. Praktische Bedeutung hat die Umwandlung der Schwingungen eines Kraftfahr­ zeuges zur Erzeugung von Antriebsenergie allerdings nicht erlangt, weil die Ausnutzung der nur in beschränktem Maß zur Verfügung stehenden Schwingungsenergie technisch zu aufwendig ist. Wirtschaftlich interessant ist die Umwandlung von Schwingungsenergie in Rotationsenergie erst dann, wenn hochenergiereiche Schwingungen zur Verfügung stehen und diese mit technisch einfachen Mitteln unter weitestgehender Vermeidung von Energieverlusten in Rotationsenergie umgewan­ delt werden können. Dies ist mit dem erfindungsgemäßen Trägheitsrotationssystem bestehend aus einem Erregersystem (I) und einem Drehimpulsspeichersystem (II) möglich.

Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Trägheitsrotations­ system enthaltend

• - als Erregersystem (I) mehrere paarweise auf einer drehbar gelagerten und durch einen Erreger 10 angetrie­ benen Montagescheibe 4 angeordnete, mit exzentrisch verteilten Unwuchten 3 bestückte Planetenräder 1, die im Verbund in gleichphasiger Rotation stehen und
• - als Drehimpulsspeichersystem (II) ein auf einer davon unabhängigen Pendelachse 5 befestigtes Sonnenrad 2, das mit einer Vorrichtung verbunden ist, welche die Energie speichert und in Form von Drehschwingungen an die Pendelachse 5 abgibt, die mittels an sich bekannter Rücklaufsperren 9 in eine eins innige Drehbewegung der Abtriebsachse 8 umgewandelt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht die wichtigsten Elemente des erfindungsgemäßen Trägheitsrotations­ systems,

Fig. 2 das Erregersystem (I) und das Drehimpulsspeicher system (II) getrennt voneinander vor ihrem Zu­ sammenfügen zu einem einheitlichen Gesamtsystem,

Fig. 3 eine zur Speicherung des Drehimpulses geeignete Spiralfeder und ihre Befestigung an der Pendel­ achse,

Fig. 4 die Anordnung der Planetenräder auf der Montage­ scheibe und ihr Zusammenwirken mit dem Sonnenrad.

Fig. 5 zeigt eine andere Anordnung der mit den Planeten­ radpaaren besetzten Montagescheibe gegenüber dem Drehimpulsspeichersystem,

Fig. 6 zeigt ein aus zwei Trägheitsrotationselementen bestehen des Gesamtsystem mit zwei Schwungscheiben, in die Rücklaufsperren integriert sind.

In Fig. 1 sind in Seitenansicht Planetenräder 1 und das Sonnenrad 2 zu erkennen, die auf der Montagescheibe 4 drehbar befestigt sind. Die kreisrunde Montagescheibe 4 weist eine Keilnut auf, in die von einem Erreger 10 angetriebene Rotoren 11 eingreifen und die Montagescheibe 4 in Rotation versetzen. Der Erreger 10 kann ein Elektromotor oder ein Dieselmotor sein, der nur eine sehr geringe Antriebsenergie benötigt, weil er lediglich die Aufgabe hat, die Montagescheibe 4 mit den darauf drehbar befestigten Planetenrädern 1 in Drehung zu versetzen. Er überträgt keine Energie auf das Sonnenrad 2 oder die mit dem Sonnenrad verbundene Pendelachse 5.

Die auf der Montagescheibe 4 paarweise angeordneten Planeten­ räder 1 sind exzentrisch mit gleichschweren Unwuchten 3 bestückt und drehen sich phasengleich und zwangsorientiert um das zentrale Sonnenrad 2. Dadurch haben alle auf den Planeten­ rädern 1 angebrachten Unwuchten 3 in jedem Bewegungszustand den gleichen Abstand vom Mittelpunkt des Sonnenrades 2. Ihre völlig gleichmäßige und synchrone Umdrehung kann bspw. durch Zahnradkränze der Planetenräder 1 sichergestellt werden, die in einen entsprechenden Zahnradkranz des Sonnenrades 2 eingreifen.

In Fig. 1 ist weiterhin eine Spiralfeder 6 zu erkennen, die als Drehimpulsspeichersystem der Drehenergie dient, die auf das Sonnenrad 2 von den rotierenden Planetenrädern 1 über­ tragen wird. Die Spiralfeder 6 nimmt die Impulse des Sonnenra­ des 2 solange auf, bis sie ihren maximalen Spannungszustand erreicht hat. Dann entspannt sich die Spiralfeder 6 ruckartig und gibt dabei die Spannungsenergie in Form eines Impulses an die mit der Spiralfeder 6 fest verbundene Pendelachse 5 ab. Unmittelbar danach kann das Sonnenrad 2 die entgegengesetzt gerichteten Impulse von den Planetenrädern 1 wieder aufnehmen und erneut den Spannungszustand der Spiralfeder 6 aufbauen. Der ständige Aufbau und Abbau des Spannungszustandes der Spiralfeder 6 führt zu permanenten Pendelschwingungen des Sonnenrades 2 und zu entsprechenden Pendelschwingungen der mit dem Sonnenrad fest verbundenen Pendelachse 5. Diese Schwingun­ gen werden über einen Adapterflansch 7 auf die Abtriebsachse 8 übertragen. Mit der Abtriebsachse 8 sind an sich bekannte Rücklaufsperren 9 verbunden, die rechts- oder linkssperrend wirken und dadurch die Pendelschwingungen der Pendelachse 5 in einsinnige Drehbewegungen umwandeln.

Fig. 2 zeigt, daß das Erregersystem (I) und das Drehimpuls­ system (II) getrennte Systeme sind, die in einfacher Weise zusammengesteckt werden können. Im Erregersystem wird die durch die mit Unwuchten 3 bestückten Planetenräder 1 Rota­ tionsenergie erzeugt, die in dem Drehimpulsspeichersystem zunächst Pendelschwingungen erregt und durch Rücklaufsperren 9 in eine eins innige Drehbewegung der Abtriebsachse 8 umgewandelt wird.

Fig. 3 zeigt eine als Drehimpulsspeichersystem verwendbare Spiralfeder 6, die in die Pendelachse 5 eingreift. Das ebenfalls auf der Pendelachse befestigte Sonnenrad 2 wandelt die ihm von den Planetenrädern 1 zugeführte Rotationsenergie in Spannungsenergie der Spiralfeder 6 um, die nach Erreichen des maximalen Spannungszustandes zu einer ruckartigen Entspannung der Spiralfeder 6 und damit zu einer Pendel­ schwingung der Pendelachse 5 führt. Dadurch entstehen in schneller Aufeinanderfolge Drehschwingungen, die von den Rücklaufsperren 9 aufgenommen und als eins innige Drehbewegung auf die Abtriebsachse 8 übertragen werden.

Fig. 4 zeigt die von den Rotoren 11 angetriebene Montageschei­ be 4, auf der die mit Umwuchten 3 bestückten, drehbar gelagerten Planetenradpaare 1 angeordnet sind. Sie greifen in den äußeren Zahnradkranz des zentralen Sonnenrades 2 ein, das mit der Pendelachse 5 fest verbunden ist, die durch den ständigen Richtungswechsel der Schwingungen des Sonnenrades 2 eine Drehschwingung beschreiben oder ausführen.

In Fig. 5 sind die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Trägheitsrotationssystems in anderer Anordnung dargestellt. Die auf der Montagescheibe 4 angebrachten, die Unwuchten 3 tragenden Planetenräder 1 umfassen das Sonnenrad 2, das über die Pendelachse 5 mit der Spiralfeder 6 verbunden ist.

Fig. 6 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform, in der zwei Trägheitsrotationselemente zu einem Gesamtsystem zusammengefaßt sind, die ihre Rotationsenergie auf zwei Schwungscheiben 12 übertragen, in die je eine Rücklaufsperre 9 integriert ist. Die Rotationsenergie der Schwungscheiben 12 kann über Abtriebsnuten 13 oder über eine Steckachse 14 weitergegeben werden. Diese Anordnung mit zwei Schwungscheiben 12 und je einer Rücklaufsperre 9 hat den Vorteil, daß sie auch kürzere Impulse vollkommen speichert.

Die Umwandlung der Pendelschwingung der Pendelachse 5 in eine eins innige Drehbewegung erfolgt mittels an sich bekannter Rücklaufsperren 9. Für diesen Zweck haben sich vor allem Ratschengetriebe als geeignet erwiesen, die nur in einer Richtung drehbar sind, während sie nach der anderen Dreh­ richtung hin gesperrt sind. Durch die Kombination einer rechtsperrenden mit einer linkssperrenden Rücklaufsperre wird sichergestellt, daß alle auftretenden Schwingungen vollständig in Drehbewegungen umgewandelt werden, was nicht möglich wäre, wenn durch das Vorhandensein nur einer einzigen Rücklaufsperre nur eine Schwingungsamplitude zur Erzeugung von Rotations­ energie verwendet werden könnte.

Das erfindungsgemäße Trägheitsrotationssystem kann mit einer Spiralfeder 6 als Drehimpulsspeichersystem betrieben werden. Andere Drehimpulsspeichersysteme können in dem erfindungs­ gemäßen Trägheitsrotationssystem jedoch in gleicher Weise eingesetzt werden.

An dem erfindungsgemäßen Trägheitsrotationssystem lassen sich folgende Beobachtungen anstellen:

Wird an der Abtriebsachse 8 keine Energie abgenommen, dann pendelt das Sonnenrad 2 und die mit ihm verbundene Pendelachse 5 mit maximaler Amplitude und minimaler Frequenz. In diesem Zustand ist die Drehfrequenz des Abtriebes am höchsten. Dagegen ist das Drehmoment des Abtriebes relativ gering, weil es aus langen Amplitudenschwingungen resultiert.

Die sich aus dem Produkt von Drehfrequenz und Drehmoment des Abtriebes ergebende Leistung des erfindungsgemäßen Trägheits­ rotationssystems ändert sich bei der Zuschaltung eines energieverbrauchenden Aggregats an den Abtrieb nicht in ihrer Größe, sondern nur in ihrer Form. Zwar nimmt seine Dreh­ frequenz ab, dafür aber erhöht sich das Drehmoment, also die Antriebskraft der Achse, stufenlos und entsprechend. Daraus wird erkennbar, daß das erfindungsgemäße Trägheitsrotations­ system eine stufenlose Drehzahlregelung ermöglicht, ohne daß ein stets mit mechanischen Verlusten verbundenes Getriebe erforderlich ist.

Auf das pendelnde Sonnenrad 2 wirkt sich die veränderte Form der Drehenergie bei Leistungsabgabe am Abtrieb mit einer Erhöhung der Schwingungsfrequenz und gleichzeitiger Abnahme der Schwingungsamplitude aus. Die Kraft erhöht sich, der Weg verringert sich.

Die fortlaufende Messung der Drehzahl des Erregers 10 zeigt, daß sich diese bei einer Leistungsabgabe an der anzutreibenden Achse, dem Abtrieb, erheblich vergrößert. Bei vollständiger Blockade der Abtriebsachse 8 läuft der Erreger 10 mit maximaler Geschwindigkeit. Die dem Erreger 10 zugeführte Drehenergie ist also von der von dem erfindungsgemäßen Trägheitsrotationssystem geleisteten Arbeit völlig abgekop­ pelt. Deshalb kann der Erreger 10 auch nicht bei zu hoher Leistungsbeanspruchung des Trägheitsrotationssystems abgewürgt werden. Das Drehmoment bleibt erhalten.

Die tatsächlich nutzbare Arbeitsleistung des Trägheits­ rotationssystems stammt also nicht vom Erreger 10, sondern aus einer anderen Quelle: sie stammt aus dem Trägheitsverhalten eines dynamischen Vorganges und damit aus der Kraft, die nötig ist, die Massen in eine Kreisbahn zu zwingen, also aus der Zentralkraft. Die Zentralkraft ist genauso groß wie die entgegengesetzt wirkende Zentrifugal- oder Trägheitskraft, mit der sich die Massen der bei einer Kreisbewegung ständig auftretenden Bewegungs- oder Richtungsänderung widersetzen. Bei dem erfindungsgemäßen Trägheitsrotationssystem wird durch die auf den Planetenrädern 1 rotierenden Unwuchten 3 eine Drehschwingung des Sonnenrades 2 mit hoher Energie erzeugt. Diese Energie wird zur Gewinnung der Rotationsenergie des Abtriebes 8 genutzt.

An sich ist die Zentralkraft eine statische Kraft, die keine Arbeit verrichten kann, weil ihr Hebelarm gleich Null ist. Diese statische Kraft zu nutzen, indem sie für einen Bewe­ gungsvorgang eingesetzt wird, also für die Verrichtung einer bestimmten Arbeit in einer Zeiteinheit, ist die Aufgabe des erfindungsgemäßen Trägheitsrotationssystems. Durch die Aufhebung der zunächst einmal völlig gleichen Massenverteilung auf den Planetenrädern durch die gezielte Anbringung von Unwuchten 3 und Erregung einer phasengleichen Rotation läßt sich ein Trägheitsrotationssystem aufbauen, dessen Wirkungs­ grad praktisch nur noch von der Größe der Massen abhängt, die das Sonnenrad 2 umkreisen. Die Leistungskapazität des erfindungsgemäßen Rotationsschwingungssystems läßt sich durch die Vergrößerung der Unwuchten 3 praktisch beliebig steigern, findet jedoch ihr Ende an den Belastungsgrenzen des zur Konstruktion des Trägheitsrotationssystems zur Verfügung stehenden Materials. Die Energie der Unwuchtschwingungen kann Größenordnungen erreichen, denen herkömmliche Materialien nicht mehr standhalten können.

Die mittels des Trägheitsrotationssystems erzeugten Impulse sind aufgrund der Rotation der Unwuchten 3 auf den Planetenrä­ dern 1 nicht völlig gleich, sondern abhängig von der Bewe­ gungsgeometrie, bei der wechselweise alle Massen gleichzeitig entweder innen oder außen sind. Wenn die Unwuchten 3 auf den Planetenrädern den größtmöglichen Abstand vom Mittelpunkt des Sonnenrades 2 haben, erreicht das Trägheitsmoment sein Maximum, ebenso wie die kinetische Energie der daraus resultierenden Drehschwingungen. Folglich werden ständig Impulse unterschiedlicher Energie an die anzutreibende Achse 8 geliefert.

Mit dem erfindungsgemäßen Trägheitsrotationssystem lassen sich die durch die Planetenräder 1 erzeugten energiereichen Schwingungen des Sonnenrades 2 entweder auf einer Schwung­ scheibe sammeln oder auch direkt zum Antrieb eines Ver­ brauchers, z. B. eines zugeschalteten Generators verwenden.

Bezugszeichenliste

1 Planetenräder
2 Sonnenrad
3 Unwuchten
4 Montagescheibe
5 Pendelachse
6 Spiralfeder
7 Adapterflansch
8 Abtriebsachse
9 Rücklaufsperren
10 Erreger
11 Rotoren
12 Schwungscheiben
13 Abtriebsnuten
14 Steckachse

Claims (8)

1. Trägheitsrotationssystem, enthaltend

• - als Erregersystem (I) mehrere paarweise auf einer drehbar gelagerten und durch einen Erreger (10) an­ getriebenen Montagescheibe (4) angeordnete, mit exzen­ trisch verteilten Unwuchten (3) bestückte Planetenräder (1), die im Verbund in gleichphasiger Rotation stehen und
• - als Drehimpulsspeichersystem (II) ein auf einer davon unabhängigen Pendelachse (5) befestigtes Sonnenrad (2), das mit einer Vorrichtung verbunden ist, welche die Energie speichert und in Form von Drehschwingungen an die Pendelachse (5) abgibt, die mittels an sich bekann­ ter Rücklaufsperren (9) in eine einsinnige Drehbewegung der Abtriebsachse (8) umgewandelt werden.

2. Trägheitsrotationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Belastung des Abtriebes (8) die Schwingungsamplitude des Sonnenrades (2) abnimmt und die Schwingungsfrequenz des Sonnenrades (2) zunimmt, wodurch bei gleichbleibendem Drehmoment die Drehgeschwindigkeit des Abtriebes (8) stufenlos entsprechend der abgegebenen Leistung sinkt.

3. Trägheitsrotationssystem nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (1) einen Zahnradkranz tragen, der in den Zahnradkranz des zentralen Sonnenrades (2) eingreift.

4. Trägheitsrotationssystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erreger (10) seine Drehbewe­ gung mittels eines Seilantriebes auf die Montagescheibe (4) der Planetenräder (1) überträgt.

5. Trägheitsrotationssystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchten (3) auf den Planetenrädern (1) phasengleich und zwangsorientiert an­ geordnet sind.

6. Trägheitsrotationssystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufsperren (9) rechts- bzw. linkssperrend wirksam sind.

7. Trägheitsrotationssystem nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Trägheitsrotationselemente enthält.

8. Trägheitsrotationssystem nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Abtriebsachse (8) zur Erzeugung von elektrischer Energie mit einem Stromge­ nerator verbunden wird.