DE2126292A1 - Precession drive - Google Patents

Precession drive

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DE2126292A1
DE2126292A1 DE19712126292 DE2126292A DE2126292A1 DE 2126292 A1 DE2126292 A1 DE 2126292A1 DE 19712126292 DE19712126292 DE 19712126292 DE 2126292 A DE2126292 A DE 2126292A DE 2126292 A1 DE2126292 A1 DE 2126292A1
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Germany
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precession
drive
speed
force
torque
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DE19712126292
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Der Anmelder Ist
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WEISSHAAR P
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    • 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
    • F16H33/04Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought
    • F16H33/08Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia
    • F16H33/10Gearings for conveying rotary motion with variable velocity ratio, in which self-regulation is sought based essentially on inertia with gyroscopic action, e.g. comprising wobble-plates, oblique cranks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Description

BESCHREIBUNG. Antrieb mit stufenlos veränderlichen Abtriebsdrehzahlen und -momenten.DESCRIPTION. Drive with continuously variable output speeds and torques.

Diesen Verfahren liegt die aus der Mechanik bekannte Präzessionsbewegung, die bei Einwirkung eines äußeren Drehmomentes auf einen Kreisel entsteht, in Verbindung mit einer elektronischen Regelung zugrunde.These processes are based on the precession movement known from mechanics, which arises when an external torque acts on a gyroscope, in connection based on an electronic regulation.

In ihrer Wirkung ähnliche Getriebe mit Antriebsmotor sind bekannt, besitzen jedoch je nach Getriebeart Nachteile wie: begrenzter Drehzahl- und Leistungsbereich, komplizierter mechanischer Aufbau und damit ein starker Verschleiß der kraftübertragenden, sich bewegenden Teile, hohe Herstellungskosten, ungünstiger Wirkungsgradverlauf außerhalb enger Anwendungsgrenzen usw.Gearboxes with drive motors that are similar in their effect are known However, depending on the type of gearbox, they have disadvantages such as: limited speed and power range, Complicated mechanical structure and thus heavy wear and tear on the power-transmitting, moving parts, high manufacturing costs, unfavorable efficiency curve outside narrow application limits, etc.

L)ie Vorteile Itir den auf der Präzessionsbewegung beruhenden, nachfolgend näher beschriebenen Antrieb liegen u.a. darins einfacher mechanischer Aufbau, keine kraftübertragenden, sich gegeneinander bewegenden Teile, geringe Herstellkostenb praktisch kein Verschleiß, einfache elektronische Regelung ermUgleicht bequeme Drehzahlwahl und Fernbedienung, Leistungsbereich geht bei direktem Abtrieb über den herkömmlicher Stufenloser Getriebe hinaus, für große Drehzahl- und Leistungsbereiche kann indirekter Abtrieb über Stirnrad- bzw. Planetengetriebe gewillt werden, Verfahren kann auch für allgemeine Regelzwekke Verwendung finden, aufgrund der verwendeten Elektronikskönnen kleinste Toleranzen eingehalten werden.The advantages of those based on the precession movement, below The drive described in more detail is, among other things, a simple mechanical structure, no force-transmitting, mutually moving parts, low manufacturing costs b practically no wear, simple electronic control enables convenient speed selection and remote control, the power range goes beyond the conventional one with direct output Infinitely variable transmission, for large speed and power ranges, can be more indirect Output via spur gears or planetary gears can also be used can be used for general control purposes due to the electronics used smallest tolerances are observed.

Physikalische Grundlagen: Wirkt auf einen schnellaufenden, symmetrischen Kreisel außerhalb des Schwerpunktes dauernd eine äußere Kraft, so weicht dessen Drehimpulsachse je nach Richtung dieser Kraft senkrecht dazu aus und nimmt dabei die Figurenachse mit (mutationsfreier Kreisel). Physical basics: If an external force is constantly acting on a high-speed, symmetrical top outside the center of gravity, its angular momentum axis deviates perpendicularly depending on the direction of this force and takes the figure axis with it (mutation-free top).

Die mathematische Beziehung lautstibe (senkrechten Anordnung von # und ## kann somit bei konstantem # und # über ## beeinflußt werden.The mathematical relationship is (vertical arrangement of # and ## can thus be influenced with ## with constant # and #.

Zum besseren Verständnis des nachfolend näher beschriebenen Antriebes ist es sinnvoll, zwei Besonderheiten der Prozessionsbewegung näher zu betrachten: 1.) die Prozessionsbewegung wird gemäß Bild 2 durch Federkraft P behindert. For a better understanding of the drive described in more detail below, it makes sense to take a closer look at two peculiarities of the processional movement: 1.) The processional movement is hindered by spring force P according to Figure 2.

Dabei muß vom Hindernis (Feder) die Kraft P aufgenommen werden.The force P must be absorbed by the obstacle (spring).

Nachdem sich die Federkraft aufgebaut hat, verhält sich der Kreiselkörper unter dem Einfluß des Gewichtes G so, als ob iiberhaupt keine Kreiselwirkung vorhanden wäre und bewegt sich auf der Wirkungslinie von G.After the spring force has built up, the gyro body behaves under the influence of the weight G as if there were no gyroscopic effects at all would be and move on the line of action of G.

2.) Zu Beginn einer Präzessionsbewegung muß aufgrund des immer vorhandenen Massenträgheitsomoments ### in Bezug auf die Präzessionsachse ein Meschleunigungsmoment Mb überwunden werden. 2.) At the beginning of a precession movement, due to the mass moment of inertia ### that is always present in relation to the precession axis, a moment of acceleration Mb must be overcome.

Ansteile des Beschleunigungsmomentes Mb kann auch ein allgemeines Drehmoment M@ der Präzessionsbewegung entgegewirken.A general increase in the acceleration torque Mb can also be used Torque M @ counteract the precession movement.

Zusammenfassung.Summary.

Die Präzessionswinkelgeschwindigkeit ## stellt sich in Abhängigkeit von ##-## aufgrund der Konstanten #### ein.The precession angular velocity ## is dependent from ## - ## due to the constants ####.

Praktische Ausführung.Practical execution.

Der nach diesem Prinzip arbeitende Präzessionsantrieb ist nun die folgt aufgebaut (Bild"): Die @@@@@@ wird @@@@@ einen Außenlägermotor (a) @@gest@@@ Roll entsprechend dem erforderlichen Massen @@@gkeitsmoment ## gestallet ist. Die Zufuhr der elektrischen @@@@ folgt über Schleifringe (b).The precession drive working according to this principle is now structured as follows (Fig. "): The @@@@@@ is @@@@@ an external bearing motor (a) @@ gest @@@ Roll according to the required masses @@@ gkeitsmoment ## is designed. The supply of the electrical @@@@ follows via slip rings (b).

Der Außenläufern a) ist kippbar gelagert und wird durch eine Feder (c) um Ruenzustand in einer bestimmten Lage gehalten. Ein Elektromagnet (d) er zeugt über ein Hebelsystem (e) verstärkt an der Stelle I die jeweils erforderliche äußere Kraft p. I)a nur statische Kriifte iibertragen werden, arbeitet das System in mechanischer Hinsicht trägheitslos.The outer rotor a) is tiltable and is supported by a spring (c) held in a certain position to keep the state of the horse in a certain position. An electromagnet (d) he creates A lever system (e) reinforces the respectively required outer at point I. Force p. I) a only transfer static forces be working the system is mechanically inert.

Durch die Verwendung des Hebelsystems kann der E-Magnet in den Abmessungen klein gehalten werden, außerdem ist insbesorldere bei einer Ausführung mit Gleichstrom, damit die elektromagnetisch bedingte Zeitverzögerung gering.By using the lever system, the E-Magnet can be increased in size be kept small, in addition, insbesorldere is in a version with direct current, thus the electromagnetically induced time delay is low.

Der Präzessionsantrieb wird elektronisch nach folgendem Schema gesteuert: Eine elektronischer Drehzahlmesser (f) ermittelt den Istwert.The precession drive is electronically controlled according to the following scheme: An electronic tachometer (f) determines the actual value.

Ein Transistorregler (h) vergleicht diesen mit dem am Sollwertgeber (g) eingestellten Sollwrt. Die veränderte Stellgröße wird verstärkt (i) auf den Elektromagneten (e) gegeben.A transistor controller (h) compares this with the one on the setpoint generator (g) set setpoint. The changed manipulated variable is amplified (i) to the Electromagnet (s) given.

Damit kann ein bestimmter Bereich ## bei verändert abgenommenem Abtriebsdrehmoment ## über ein jeweils angepaßtes Kreiselmoment ## geregelt werden. This means that a certain range ## can be used with a changed decrease in output torque ## can be regulated via an adapted gyro torque ##.

Beispiel: Präzessionsantrieb mit stufenloser Drehzahleinstellung, Einstellbereich 1 : 6 , direkter Abtrieb, Aussenläufermotor ( n = 3000 Upm, N = 15 I>S ), Abtriebsdrehzahlen 700 bis 120 Upm 1) Ermittlung von Jd Md bei ##min wird so gewählt, daß gemäß Bild 3 der Arbeitsbereich wie folgt ausgenützt wird: Md = 2 Mt ##min mix #=2#3,14 x 3000 / 60 = 314 1/s #pmin = 2 x 3,14 x 120 / 60 = 12,56 1/s gewählte Abmessungen des Rotorkörpers: 16 cm, 4 = 11 cm, h = 8 cm 2) Maximal erforderliches Kreiselmoment Md bei 3) Maximal erforderliches Kraft PI an der Stelle I (Bild 4) /Hebelar, 1I = 0,35 m) PI = 1250/ 0,35 = 3500 Kp 1) Vom elektromagneten aufzubringende Kraft PII an der Stelle II (Bild 4) Unter Verwendung eines Hebelsystems, bestehend aus einer Be= wegungsschraube an der Stelle 1 (Trapezgewinde DIN 103, 24 mm#) in Verbindung mit einem Hebelarm 12 = 0,3 m. Example: Precession drive with stepless speed setting, setting range 1: 6, direct output, external rotor motor (n = 3000 rpm, N = 15 I> S), output speeds 700 to 120 rpm 1) Determination of Jd Md at ## min is selected in such a way that, as shown in Figure 3, the working area is used as follows: Md = 2 Mt ## min mix # = 2 # 3.14 x 3000/60 = 314 1 / s #pmin = 2 x 3 , 14 x 120/60 = 12.56 1 / s Selected dimensions of the rotor body: 16 cm, 4 = 11 cm, h = 8 cm 2) Maximum required gyroscopic torque Md at 3) Maximum required force PI at point I (Fig. 4) / lever arm, 1I = 0.35 m) PI = 1250 / 0.35 = 3500 Kp 1) Force PII to be applied by the electromagnet at point II (Fig. 4) below Use of a lever system consisting of a movement screw at position 1 (trapezoidal thread DIN 103, 24 mm #) in connection with a lever arm 12 = 0.3 m.

Hieraus ergibt sich eine Polfläche von ca. 6 cm².This results in a pole area of approx. 6 cm².

Schlussbetrachtung: Für grössere Leistungen und Drehzahlbereiche können die dann auftretenden Kräfte mittels Hebelkombination Hebelarm/Schraube/ Keil übertragen werden.Conclusion: For greater performance and speed ranges, you can the forces that then occur are transmitted by means of a lever combination lever arm / screw / wedge will.

Die Drehzahl des Aussenläufermotors kann ebenfalls durch ineinanderschachteln zweier Motore auf 6000 Upm erhöht werden.The speed of the external rotor motor can also be nested two motors can be increased to 6000 rpm.

Neben diesen Maßnahmen ist die Nachschaltung eines Stirnradgetrie s be.¢ bzw. eines Planetengetriebes mit ein bzw. zwei Antrieben und einem Abtrieb immer möglich.In addition to these measures, a spur gear is connected downstream s be. ¢ or a planetary gear with one or two drives and one output always possible.

Claims (3)

Patentansprüche: Patent claims: Verfahren zur Erzeugung stufenlos veränderlicher Abtriebsdrehzahlen und -momente, dadurch gekennzeichnet, daß: 1) ein nutationsfreier Kreisel kippbar afugehängt w 2) ein in Abhängigkeit der gewünschten Präzessionsg schwindigkeit t #p elektronisch ermitteltes, elektromagnetisch erzeugtes und u.U. über ein Hebelsystem verstärktes äußeres Drehmoment auf diesen Kreisel wirkt.Process for generating continuously variable output speeds and moments, characterized in that: 1) a nutation-free top can be tilted attached w 2) a depending on the desired precession speed t #p electronically determined, electromagnetically generated and possibly via a lever system increased external torque acts on this gyro. 3) die Präzessionsachse die Abtriebswelle darstellt und die Lagerung des Präzessionsantriebes übernimmt. 3) the precession axis represents the output shaft and the bearing of the precession drive takes over. 1) Anwedung dieses Verfahrens für Antriebs- und Regelzwecks 1) Use of this procedure for drive and control purposes
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986005852A1 (en) * 1985-03-25 1986-10-09 Eric Roberts Laithwaite Improvements in or relating to a propulsion device
US8297138B2 (en) 2007-01-12 2012-10-30 Harrison Duncan James Gyroscopic torque converter

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1986005852A1 (en) * 1985-03-25 1986-10-09 Eric Roberts Laithwaite Improvements in or relating to a propulsion device
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